Способ очистки промышленных сточных и питьевых вод на глауконите от катионов железа (ii)


 


Владельцы патента RU 2483027:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" (ФГБОУ ВПО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина") (RU)

Изобретение может быть использовано для очистки промышленных, сточных и питьевых вод. Способ очистки промышленных сточных и питьевых вод на глауконите от катионов железа (II) включает сорбцию катионов железа (II) адсорбентом, в качестве которого используют 95% концентрат глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области. Катионы железа (II) извлекают из водных растворов при высоте поглощающего слоя 10 см и линейной скорости потока до 5 м/ч. Изобретение позволяет очищать промышленные, сточные и питьевые воды от катионов железа (II) до 99,9% экологически чистым, технологичным, доступным природным адсорбентом. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к адсорбционной очистке сточных и питьевых вод от катионов железа (II) из водных растворов и может быть использовано на заводах металлоизделий и предприятиях черной металлургии, горнорудной, химической, машиностроительной промышленности и в коммунальном хозяйстве на станциях обезжелезивания. Очистку вод различного происхождения от катионов железа (II) проводят его адсорбцией 95%-ным концентратом глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области. Способ позволяет достичь степень очистки сточных вод от катионов железа (II) до 99,9%.

Глауконит как природный минерал относится к слоистым силикатам с жесткой структурной ячейкой типа 2:1. В нем сетка октаэдров заключена между двумя сетками тетраэдров. Этот минерал характеризуется существенными различиями в количественном соотношении октаэдров, образующих его структуру, и поэтому различной сорбционной способностью и емкостью в зависимости от месторождения. Химический состав глауконитов различных месторождений меняется в широких пределах: K2O 4,4…9,7%, Na2O 0…4,5%, Al2O3 5,5…22,6%, Fe2O3 6,1…27,9%, FeO 0,8…8,6%, MgO 0…4,5%, SiO2 47,6…52,9%, P2O5 0…3%, H2O 4,9…13,5%. Обычно концентрация основного продукта составляет 30-40 масс.%. Концентраты глауконита получают специальным обогащением.

Глауконит Бондарского месторождения Тамбовской области имеет следующий химический состав, масс.%: K2O - 9,5; Na2O - 4,1; Al2O3 - 14,8; Fe2O3 - 1 1,5; FeO - 5,3; SiO2 - 48,1; H2O - 6,7.

Его фракционный состав представлен в таблице.

№ п/п Эффективный размер зерна, мкм Массовая доля фракции, %
1 45-40 3,6
2 71-46 15,2
3 125-72 61,2
4 126-180 13,1
5 182-250 4,8
6 252-400 2,1

Известен целый ряд способов удаления катионов тяжелых металлов из водных сред как находящихся раздельно, гак и при совместном присутствии. С этой целью используются реагентные способы с осаждением загрязнителей оксидами, гидроксидами, солями щелочных, щелочноземельных и переходных металлов [1]. Однако осаждение щелочными реагентами, в целом, не решает проблемы загрязнения стоков тяжелыми металлами. Согласно [2], такая обработка позволяет снизить концентрацию тяжелых металлов лишь до 5…7 мг/л. Существенным недостатком метода является высокая стоимость реагентов и частое образование пересыщенных растворов CaSO4 при очистке сульфатных сред [3].

Глубокая очистка от катионов тяжелых металлов возможна при применении сероводорода как осадителя, но H2S высоко токсичен [4] с предельно-допустимыми концентрациями рабочей зоны и среднесуточной, равными соответственно 10 и 0,008 мг/м3 [4, 5]. Тот же фактор сдерживает применение в качестве осадителя сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов [3].

Общим недостатком всех осадительных реагентных методов является образование плохоосаждающихся и труднофильтруемых осадков [4].

Нет смысла применять для очистки от железа и электрокоагуляцию, которая ведется на стальных, опять-таки с выделением железа, или алюминиевых анодах, ведущих к использованию электродов лишь на 50…70% и образованию большого количества шлама и зашламлению самих электродных систем с частыми короткими замыканиями [6].

В ряде случаев адсорбционное извлечение ионов тяжелых металлов проводится сульфированным бурым углем [6], сорбентами на основе торфа [7], золой теплоэлектроцентралей [8], природным минералом вермикулитом [9].

Применение активных углей и природных минералов сдерживается их низкой удельной емкостью и высокой стоимостью регенерации, составляющей 50% от стоимости угольного адсорбента, его низкими прочностными характеристиками и значительными потерями при фильтрации [7-9].

Известен способ очистки от катионов металлов сорбентами на основе магнезиально-железистых шламов цветной металлургии [10]. Но степень очистки на них составляет 65-75%, а сам сорбент невозможно регенерировать.

По достигаемому результату наиболее близким к описываемому способу является способ очистки сернокислых сточных вод от катионов железа (II) путем его обработки дефекатом - отходом сахарного производства (см. Cl RU N 2023673, кл. C02F 1/62, 1994 г.).

Недостатками этого способа являются обработка только сернокислых сточных вод кальцийсодержащим реагентом-осадителем с дефекатом, отделение образующегося осадка с дальнейшей его утилизацией.

Наиболее близким по технической сущности является способ сорбционной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (см. A1 RU N 94028195, кл. C02F 1/28, C02F 1/62, 1996 г.). Недостатками этого способа, принятого за прототип, являются низкая степень очистки сточных вод от катионов железа (II) - до 75% и необходимость гранулирования адсорбента.

Целью изобретения является очистка сточных и питьевых вод от катионов железа (II) до 99,9% за счет применения экологически чистого, технологичного, доступного адсорбента - глауконита.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются использование в качестве сорбента 95%-ного концентрата глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области, рН вод 6,0±1, низкая себестоимость адсорбента, отсутствие предварительной обработки адсорбента и практически полная очистка (до 99,9%) воды от катионов железа (II).

Указанные отличительные признаки предлагаемого способа определяют его новизну и изобретательский уровень в сравнении с известным уровнем техники, так как использование концентрата глауконита в качестве сорбента для адсорбционной очистки сточных и питьевых вод от катионов железа (II) в литературе не описано и позволяет значительно снизить себестоимость затрат на очистку сточных вод.

Технической задачей является разработка способа очистки сточных и питьевых вод 95%-ным концентратом глауканита Бондарского месторождения Тамбовской области - экологически чистым, технологичным, доступным адсорбентом. Данная техническая задача решается тем, что сорбцию катионов железа (II) воды с рН 6,0±1 проводят 95%-ным концентратом глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области.

Сущность способа заключается в том, что существенный вклад в адсорбционную способность глинистых минералов, к которым относится и глауконит, вносит адсорбция поверхностью, удельная величина которой существенно зависит от пористости продукта и фракционного состава пор по размерам.

Сорбционную емкость катионов железа (II) оценивали посредством сорбции 1 граммом концентрата глауконита железа из 100 мл раствора, содержащего 190 мг/л катионов железа (II). Содержание в растворе железа до и в процессе сорбции оценивали комплексометрическим титрованием раствором трилона Б в присутствии сульфосалициловой кислоты. В каждом случае, после достижения равновесия жидкую фазу удаляли и заливали вновь такой же объем модельного раствора. Эту процедуру продолжали до тех пор, пока адсорбент не перестал извлекать катионы железа. Каждый опыт был продублирован 6 раз. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по методике малых выборок с доверительной вероятностью 0,95 и коэффициентом Стьюдента 2,447. Все исследования проведены при температуре (20±1)°С. Усредненные результаты приведены ниже.

Опыт №1 - сорбировано 2,45 мг катионов железа (II);

Опыт №2 - сорбировано 2,05 мг катионов железа (II);

Опыт №3 - сорбировано 1,40 мг катионов железа (II);

Опыт №4 - сорбировано 0,85 мг катионов железа (II);

Опыт №5 - сорбировано 0,55 мг катионов железа (II);

Опыт №6 - сорбировано 0,35 мг катионов железа (II);

Опыт №7 - сорбция отсутствовала.

Итого адсорбировано 7,65 мг катионов железа (II) на 1 г адсорбента. Сорбционная емкость глауконита по катионам железа (II) составила 7,65 мг/г.

Сорбцию проводили в специально сконструированном и изготовленном адсорбере с фиксированной высотой слоя сорбента (1, 2, 5 и 10 см), представляющего собой 95%-ный концентрат глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области в потоке хлоридного раствора, содержащего 190 мг/л катионов железа (II). Хлорид железа (II) получен растворением навески углеродистой стали, содержащей 99% основного компонента, в концентрированной соляной кислоте (ч.д.а.). Слой сорбента высотой 1 см имел массу 19 г. Линейная скорость подачи элюата изменялась в пределах 0,05-5,0 м/ч. Содержание в растворе железа до и в процессе сорбции оценивали описанным ранее методом. Оцениваемый коэффициент извлечения железа ρ представляет собой отношение разности исходной и достигнутой к фиксированному моменту времени концентрации катионов к их начальной концентрации.

Рис.1. Зависимость коэффициента извлечения железа (II) из модельного проточного раствора при линейной скорости потока элюата через адсорбер 0,051 м/ч от высоты слоя сорбента и продолжительности сорбции при pH 6,5. h, см: 1 - 1, 4 и 7; 5 - 2, 5 и 8; 10 - 3, 6 и 9. Характер предварительной обработки: 1…3 - отсутствует, 4…6 - кислотная обработка, 7…9 - термическая обработка при 200°С.

Из рисунка видно (кривая 1), что даже при высоте слоя 1 см (масса адсорбента 19 г) 95%-ный концентрат глауконита практически на 100% адсорбирует катионы железа (II) в течение 3 часов. Коэффициент извлечения в этом случае находится в пределах 96…99,9%. При предварительной термической или кислотной обработке (кривые 7 и 4 соответственно) наблюдается резкое снижение коэффициента ρ во времени, что особенно заметно в случае кислотной обработки глауконита. При увеличении высоты слоя в 10 раз (кривые 3, 6, 9) предварительная обработка адсорбента не влияет на величину коэффициента извлечения, которая составляет 98…99,9%. На эту глубину катионы железа (II) удаляются в течение 8 часов, причем линейную скорость потока очищаемого раствора при этом можно увеличить до 5 м/ч. Из этого следует, что наиболее оптимальным адсорбентом для извлечения катионов железа (II) из сточных вод будет предварительно не обработанный 95%-ный концентрат глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области.

Как видно из приведенных данных - степень очистки сточных вод от катионов железа (II), которая достигает 99,9%, достаточно высокая адсорбционная емкость, отсутствие предварительной подготовки адсорбента ставят предложенный способ очистки сточных вод от железа на порядок выше известных способов по эффективности очистки. А низкая себестоимость адсорбента, отсутствие токсичности (глауконит используют в качестве добавки в корм скоту) и простота утилизации делают данный сорбент широко применимым в системах очистки предприятий черной металлургии, горнорудной, химической и машиностроительной промышленности.

Источники информации

1. Вигдорович В.И., Габелко Н.В. Основы промышленной экологии. Тамбов. Изд-во ТГУ им. Г.Р.Державина, 2005, 252 с.

2. Баймаханов М.Т., Лебедев К.Б., Антонов В.Н., Озирав А.И. Очистка и контроль сточных вод предприятий цветной металлургии. М.: Металлургия. 1983. 191 с.

3. Kostura J.D. Recovtry and treatment of plating and anodizing waster. Plating and Surtage Finish. 1980. V.67. №8. P.52-54.

4. Фишман Г.И., Литвам А.А. Водоснабжение и очистка сточных вод предприятий химических волокон. М.: Химия, 1971, 160 с.

5.Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Экология. Химические аспекты и проблемы. Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 1994, 148 с.

6. Jbarra J., Moliner R. Fuel. Removal of heavy metal ions from sewage // Geol. Jahrb. 1984. V.63. №3. P.377-381.

7. Ludwig G., Simor J. Cleaning of industrial sewage from heavy metals by filters with granular solvent on peat base // Geol. Jahrb. 1983. V.62. №6a. P.365-368.

8. Реброва Т.Н., Квятковский А.Н., Кадырова З.О. Очистка сточных вод от тяжелых металлов // Труды Казмеханобр. Алма-Ата. 1970. №4. С.62-65.

9. Keramida V., Etzel J. Cleaning of galvanic swage by extracting ion-exchange material // Proc 37th Jnd. Waste Cont. Weste West Lafayette. Jnd. 1983. P.181-183.

10. Зосин А.П., Гуревич Б.И., Милованова И.Б. О сорбционных свойствах шлакосиликата // В кн.: Химия и технология силикатных материалов. Л.: Наука, 350 с.

Способ очистки промышленных сточных и питьевых вод от катионов железа (II) путем их сорбции адсорбентом, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют 95% концентрат глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области, который при высоте поглощающего слоя 10 см и линейной скорости потока до 5 м/ч обеспечивает извлечение катионов железа (II) из водных растворов до 99,9%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для приложения электрического поля к прокачиваемой среде. .
Изобретение относится к технологиям очистки сточной или природной воды от соединений мышьяка и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .
Изобретение относится к технологиям очистки сточной или природной воды от соединений мышьяка и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .
Изобретение относится к способам очистки воды для хозяйственно-бытового водоснабжения и может найти применение в области хозяйственно-бытового водоснабжения, а также для очистки природных, поверхностных и подземных вод от взвешенных веществ.

Изобретение относится к устройствам для обработки водных растворов ионами тяжелых металлов, в частности серебра. .

Изобретение относится к устройствам для обработки водных растворов ионами тяжелых металлов, в частности серебра. .

Изобретение относится к способу уменьшения концентрации перхлората в водном концентрированном многокомпонентном растворе хлората натрия, который содержит главным образом хлорат натрия.

Изобретение относится к способу уменьшения концентрации перхлората в водном концентрированном многокомпонентном растворе хлората натрия, который содержит главным образом хлорат натрия.

Изобретение относится к устройству для приложения электрического поля к прокачиваемой среде. .
Изобретение относится к технологиям очистки сточной или природной воды от соединений мышьяка и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .
Изобретение относится к технологиям очистки сточной или природной воды от соединений мышьяка и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .
Изобретение относится к способам очистки воды для хозяйственно-бытового водоснабжения и может найти применение в области хозяйственно-бытового водоснабжения, а также для очистки природных, поверхностных и подземных вод от взвешенных веществ.

Изобретение относится к устройствам для обработки водных растворов ионами тяжелых металлов, в частности серебра. .

Изобретение относится к устройствам для обработки водных растворов ионами тяжелых металлов, в частности серебра. .

Изобретение относится к способу уменьшения концентрации перхлората в водном концентрированном многокомпонентном растворе хлората натрия, который содержит главным образом хлорат натрия.

Изобретение относится к способу уменьшения концентрации перхлората в водном концентрированном многокомпонентном растворе хлората натрия, который содержит главным образом хлорат натрия.

Изобретение относится к устройству для приложения электрического поля к прокачиваемой среде. .
Наверх