Способ получения сорбента
Владельцы патента RU 2489204:
Государственное автономное образовательное учреждение Астраханской области высшего профессионального образования "Астраханский инженерно-строительный институт" (RU)
Изобретение относится к способам получения сорбентов для очистки воды. Способ получения сорбента заключается в том, что смешивают измельченные опоки, активный уголь, портландцемент, 10%-ный раствор хлорида натрия, 10%-ный раствор хлорида кальция. Компоненты перемешивают, формуют гранулы, полученные гранулы высушивают, выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид-ион. Сорбент обеспечивает поглощение из очищаемой воды неорганических и органических примесей и микроорганизмов. 5 табл.
Изобретение относится к способам получения сорбента, который может быть использован для очистки природных и сточных вод.
Способ получения сорбента заключается в том, что смешивают 20 г опок измельченных до размера 0,001 мм в поперечнике, 20 г активного угля БАУ - 4, 60 г портландцемента - 500 и 10 г 10%-ного водного раствора хлорида натрия, 10 г 10% водного раствора хлорида кальция, компоненты смешивают до получения тестообразной массы, массу пропускают через шнековыи измельчитель, полученные гранулы высушивают при температуре 20-35°C, после схватывания массы выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид-ион.
Известен способ приготовления сорбента для очистки питьевой и промышленной воды от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенола и поверхностно-активных веществ. В качестве природного адсорбента используют кремнистую породу смешанного минерального состава, содержащую, мас.%: опал-кристоболит 30-49, цеолит 7-25, глинистая составляющая 7-25, обломочно-песчано-алевритовый материал - остальное [1].
Недостатком данного способа является небольшая степень очистки воды от ионов тяжелых металлов. Кроме того, обработку породы проводят при температуре 250°C, что требует использования трудоемкого технологического оформления процесса активации сорбента.
Известен способ приготовления сорбента для адсорбционной очистки воды от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенола, поверхностно-активных веществ и солей жесткости. В качестве адсорбента используют кремнистую породу смешанного минерального состава, содержащую в мас.%: опал-кристобалит 51-70, цеолит 9-25, глинистая составляющая (монтмориллонит, гидрослюда) 7-15, кальцит 10-25, обломочно-песчано-алевритовый материал - остальное, отобранную с месторождений Татарстана. Адсорбент в воздушно-сухом состоянии дробят, измельчают и рассеивают на ситах, выделяют фракцию (1,0-4,0)·103 м. Пробу прокаливают (скорость подъема температуры 50°C в час) в электропечи при 300°C в течение 2-х часов. В фарфоровый стакан загружают предварительно подготовленную пробу и 2 н. раствор соляной кислоты (HCl) при соотношении твердая фаза: жидкость = 1:2. Обработку проводят при комнатной температуре в течение 20 мин, периодически перемешивая стеклянной палочкой. Затем сливают раствор соляной кислоты и адсорбент нейтрализуют 0,05 н. раствором NaOH до рН=7,0 [2].
Недостатком данного способа является использование соляной кислоты, что требует оборудования, обладающего устойчивостью к агрессивным средам.
Известно изобретение, в котором загрузка контактного фильтра содержит в качестве верхнего слоя опоки марки ОДМ-2Ф с крупностью зерен 2,3-3,5 мм и плотностью 1,35 кг/м3; в качестве среднего слоя - антрацит крупностью зерен 1,5-2,3 мм и плотностью 1,6 кг/м3; нижний слой - песок с крупностью зерен 0,7-1,5 мм и плотностью 2,6 кг/м3. Изобретение обеспечивает получение кондиционной питьевой воды с высокой производительностью [3].
Недостатком данного варианта является то, что при фильтрации воды через опоки длительное время наблюдается опалесценция очищенной воды. Она исчезает, но после остановки и запуска установки опалесценция вновь возникает. Кроме того, при использовании данного варианта загрузки не удается длительное время удерживать в фильтре содержание токсикантов на уровне или ниже уровня требований к воде питьевого и хозяйственного назначения.
Известно изобретение, которое относится к способам получения сорбентов из природного сырья. Измельчают опоку Астраханской области, содержащую (мас.%): SiO2 - 78-80; Al2O3 - 18-22; Fe2O3 - 0,5; H2O - 0,2-0,5; CaSO4 - 0,3-0,5; СаСО3 - 0,12-0,8, выделяют частицы размером от 3 до 10 мм в поперечнике, промывают водой до удаления пыли и высушивают при 100-105°С до остаточной влажности 2% [4].
Недостатком способа является то, что для отмывания сорбента от коллоидно-дисперсных частиц требуется большой расход воды, что удорожает его эксплуатационную характеристику.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения сорбента, включающий смешивание измельченной опоки с дополнительными компонентами и формование гранул, отличающийся тем, что на смешивание подают 1 кг опоки, измельченной до размера 0,001 мм в поперечнике, 0,2 кг тонкоизмельченного катионита КУ-2-8, 0,2 кг тонкоизмельченного анионита АВ-17, 1 кг портландцемента-500 и 1,5 кг 10%-ного раствора хлорида натрия. Компоненты смешивают до получения тестообразной массы, массу пропускают через шнековый измельчитель, полученные гранулы высушивают, обрабатывают острым паром при 180°С до полного схватывания и выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид ионы [5].
Недостатком данного изобретения является большой расход тепла на получение сорбента, а также наличие в составе сорбента катионита и анионита, которые поглощают тяжелые металлы лишь на поверхности сорбента.
Целью данного изобретения является разработка простого и экологически чистого способа получения сорбента на основе природных алюмосиликатов.
Предлагаемый способ получения сорбента включает в себя: смешивание 20 г опок измельченных до размера 0,001 мм в поперечнике, 20 г активного угля БАУ - 4, 60 г портландцемента - 500 и 10 г 10%-ного водного раствора хлорида натрия, 10 г 10% водного раствора хлорида кальция, компоненты смешивают до получения тестообразной массы, массу пропускают через шнековый измельчитель, полученные гранулы высушивают при температуре 20-35°C, после схватывания массы, выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид-ион. Полученный сорбент обеспечивает поглощение из очищаемой воды большого ассортимента примесей.
Гигиеническая оценка сорбентов для очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения проводилась согласно ТУ 2641-001-51652069-2001 с учетом методических указаний по гигиенической оценке материалов, реагентов, оборудования, технологий, используемых в системе водоснабжения МУ 2.1.4.783. Полученные результаты исследований приведены в табл.1
| Таблица 1 | ||||||||
| Показатели качества воды (водных вытяжек) в статическом эксперименте. Вода водопроводная доочищенная с солесодержанием 160 мг/дм3; температура воды - (25±5)°C; время настаивания 1-30 суток (1-я серия исследований), сорбент для очистки воды | ||||||||
| Показатели | Гигиенический норматив | Сутки наблюдения | ||||||
| Тотчас | 1 | 3 | 5 | 10 | 20 | 30 | ||
| Запах, баллы | ≤2 | |||||||
| Проба | - | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | |
| Контроль | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | |
| Привкус, баллы | ≤1 | |||||||
| Проба | - | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | |
| Контроль | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | 0-1 | |
| Цветность, градусы | ≤20 | |||||||
| Проба | - | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| Контроль | 2 | 1 | - | - | 2 | 2 | 2 | |
| Мутность | 1,5 | |||||||
| Проба | - | 0,6 | 0,28 | - | 0,1 | 0,12 | 0,1 | |
| Контроль | <0,1 | <0,1 | <0,1 | - | 0,1 | 0,1 | 0,1 | |
| pH, условные единицы | <6:<9 | |||||||
| Проба | - | 7,3 | 7,32 | 7,3 | 7,34 | 7,32 | 7,34 | |
| Контроль | 7,4 | 7,2 | 7,24 | 7,28 | 7,26 | 7,26 | 7,28 | |
| Перманганантная окисляемость, мг O2/дм3 |
<5 | |||||||
| Проба | 4,0 | 4,0 | 4,1 | 4,1 | 4,15 | 4,15 | 4,15 | |
| Контроль | 3,9 | 3,9 | 4,0 | 4,12 | 4,16 | 4,16 | 4,16 | |
| Аммонийный азот мг/дм3 | <2 | |||||||
| Проба | - | - | - | - | - | - | 0,96 | |
| Контроль | 0,1 | - | - | - | - | - | 0,2 | |
| Нитриты, мг/дм3 | <3 | |||||||
| Проба | - | - | - | - | - | - | 0,44 | |
| Контроль | 0,1 | - | - | - | - | - | 0,07 | |
| Нитраты, мг/дм3 | <45 (50) | |||||||
| Проба | - | - | - | - | - | - | 3,25 | |
| Контроль | 1,3 | - | - | - | - | - | 3,5 |
Как видно из табл.1, исследуемый материал не ухудшает органолептических свойств воды (отсутствие постороннего запаха и привкуса водных вытяжек), практически не изменяется величина цветности по сравнению с контролем. В процессе контакта сорбента с водой водородный показатель практически не изменяется и соответствует рекомендуемому гигиеническому нормативу (>6:<9).
Анализ содержания неорганических примесей в водной вытяжке на 30-е сутки опыта показал (2-я серия исследований), что миграция неорганических веществ - токсичных металлов I и II класса опасности (алюминия, бария, кадмия, никеля, молибдена, кобальта, ванадия, титана, ниобия, стронция, свинца) практически отсутствовала, а также не выявлена миграция металлов, влияющих на органолептические свойства воды (железо, марганец, медь) (табл.2).
| Таблица 2 | |||
| Содержание неорганических примесей в водных вытяжках из сорбента для очистки воды. Вода дистиллированная, температура воды (37±2)°C, время настаивания 30 суток (2-я серия исследований) | |||
| № п/п | Наименование примесей | Гигиенический контроль, мг/дм3 | Концентрация примесей, мг/дм |
| 1. | Алюминий | <0,5 | 0,05 |
| 2. | Барий | 0,1 | 0,04 |
| 3. | Ванадий | <0,1 | 0,001 |
| 4. | Хром | <0,05 | 0,001 |
| 5. | Ниобий | <0,01 | 0,001 |
| 6. | Никель | <0,1 | 0,001 |
| 7. | Кадмий | <0,001 | 0,0001 |
| 8. | Стронций | 7 | 0,001 |
| 9. | Свинец | <0,03 | 0,001 |
| 10. | Мышьяк | <0,05 | 0,0001 |
| 11. | Цинк | <3 | 0,001 |
| 12. | Кальций | <0,5 | 0,001 |
| 13. | Магний | 0,5 | 0,001 |
| 14. | Железо | 0,3 | 0,001 |
| 15. | Марганец | 0,1(0,5) | 0,001 |
| 16. | Медь | <1 | 0,001 |
Анализ полученных данных показал, что водная вытяжка из сорбента практически не оказывает токсического действия на дафний (не изменялись сроки выживаемости дафний по сравнению с контролем), а также она не влияет на хемотоксическую и генеративную функцию инфузорий, что свидетельствует об отсутствии миграции вредных химических веществ из сорбента. Оценивая полученные результаты, можно говорить о практическом отсутствии токсического воздействия водных вытяжек из сорбента на функцию свечения бактерий Эколюм по сравнению с контрольной водой (табл.3).
| Таблица 3 | |||||||
| Динамика качества воды в процессе длительного контакта с сорбентом по данным биотестирования на гидробионтах - дафниях, инфузориях, светящихся бактериях Эколюм (настаивание на доочищенной водопроводной воде, температура воды 25±2°C, время настаивания 1-30 суток) | |||||||
| № п/п | Периоды наблюдения, сутки | Дафнии. Время выживаемости, час. (Гигиенический норматив >96) | Инфузории, коэффициент токсичности (Гигиенический норматив >0,5<1) | Эколюм. Изменение свечения, % (Гигиенический норматив <50) | |||
| Контроль | Опыт | Контроль | Опыт | Контроль | Опыт | ||
| 1. | 1 | >96 | >96 | 0,60 | 0,57 | 17 | 16 |
| 2. | 3 | >96 | >96 | 0,60 | 0,60 | 15 | 15 |
| 3. | 5 | 96 | >96 | 0,62 | 0,62 | 15 | 14 |
| 4. | 10 | <96 | >96 | 0,59 | 0,6 | 19 | 20 |
| 5. | 20 | <96 | >96 | 0,60 | 0,60 | 19 | 19 |
| 6. | 30 | <96 | >96 | 0,60 | 0,60 | 11 | 12 |
Анализ полученных данных показал, что водная вытяжка из сорбента практически не оказывает токсического действия на дафний (не изменяется сроки выживаемости дафний по сравнению с контролем), а также она не влияет на хемотоксическую и генеративную функцию инфузорий, что свидетельствует об отсутствии миграции вредных химических веществ из сорбента. Оценивая полученные результаты, можно говорить о практическом отсутствии токсического воздействия водных вытяжек из сорбента на функцию свечения бактерий Эколюм по сравнению с контрольной водой (табл.3). Экспериментальные исследования по изучению влияния исследованных образцов сорбента на рост и развитие микрофлоры проведены на указанном сорбенте, предварительно тщательно промытым и залитым дехлорированной водопроводной водой после термостатирования в течение суток, с последующим внесением естественного микробиоценоза загрязненных водоемов. Для контроля также использовалась дехлорированная водопроводная вода с внесением естественного микробиоценоза загрязненных водоемов. Пробы воды из сосуда с сорбентом и контролем исследовались согласно Сан-ПиН 2.1.4.1074-01.
| Таблица 4 | ||||
| Влияние сорбента на рост микрофлоры в воде | ||||
| Экспозиции | Вариант опыта | ОКБ/100 см3 | ТКБ/100 см3 | ОМЧ (37°С) |
| 1 час | Контроль | 150 | 110 | 120 |
| Опыт | 140 | 110 | 100 | |
| 1 сут | Контроль | 10 | 0 | 0,9×104 |
| Опыт | 0 | 0 | 0,7×104 | |
| 2 сут | Контроль | 0 | 0 | 2,0×104 |
| Опыт | 0 | 0 | 1,7×104 | |
| 3 сут | Контроль | 0 | 0 | 3,2×104 |
| Опыт | 0 | 0 | 2,5×104 | |
| 20 сут | Контроль | 0 | 0 | 0,5×104 |
| Опыт | 0 | 0 | 0,7×104 | |
| 30 сут | Контроль | 0 | 0 | 0,7×104 |
| Опыт | 0 | 0 | 0,8×104 |
Как видно из полученных данных (табл.4), через одни сутки происходит снижение содержания микроорганизмов (общие колиформные бактерии (ОКБ), термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ)) как в контроле, так и в опыте. Интенсивный рост микробного числа (ОМЧ) на исследованном сорбенте наблюдался на третьи сутки, причем в опыте наблюдался более значительный пик, что подтверждают и данные по увеличению содержания аммонийного азота в опыте по сравнению с контролем. На двадцатые и тридцатые сутки наблюдалось естественное отмирание микрофлоры, причем сорбент замедлял процесс отмирания. Развитие микрофлоры на исследованном образце в процессе биообрастания подтверждает целесообразность при необходимости периодического или на постоянной основе обеззараживания обработанной на нем воды одним из общепринятых дезинфекционных методов.
Проверка эффективности очистки воды от токсичных ионов металлов и органических соединений показала, что сорбент обладает высокой поглотительной способностью к токсичным металлам и органическим соединениям (табл.5).
| Таблица 5 | |||
| Эффективность очистки воды от токсичных ионов металлов и органических соединений сорбентом | |||
| Определяемый показатель | Содержание в мг/дм3 | Эффективность очистки, % | |
| До сорбции | После сорбции | ||
| Токсичные металлы: | |||
| Свинец | 10,0 | 0,01 | 99,90 |
| Кадмий | 5,0 | 0,005 | 99,90 |
| Цинк | 3,0 | 0,004 | 99,87 |
| Ртуть | 10,0 | 0,001 | 99,9 |
| Медь | 3,0 | 0,003 | 99,9 |
| Кобальт | 3,0 | 0,003 | 99,9 |
| Хром (III) | 2,0 | 0,010 | 99,5 |
| Хром (VI) | 2,0 | 0,010 | 99,5 |
| Органические загрязнители: | |||
| Дизельное топливо | 5,0 | 0,01 | 99,8 |
| Мазут | 5 | 0,01 | 99,8 |
| Бенз(а)пирен | 0,25 | 0,00025 | 99,9 |
| Фенол | 1,00 | 0,001 | 99,9 |
| о, м, п - хлорфенолы | 1,00 | 0,001 | 99,9 |
| 2,4 - Дихлорфенол | 0,5 | 0,0005 | 99,9 |
| 2,4 - Динитрофенол | 0,5 | 0,0005 | 99,9 |
| Диоксины | 0,005 | Не обнаружено | 100 |
Таким образом, на основании проведенных органолептических, физико-химических, экспресс-токсикологических и радиологических исследований можно сделать заключение о возможности применения сорбента в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения для доочистки питьевой воды.
Использование заявляемого способа получения природного сорбента на основе опок Астраханской области для очистки воды в системе хозяйственно питьевого водоснабжения позволяет:
1) повысить качество очищаемой воды;
2) расширить область применения природного адсорбционного сырья.
Список литературы
1. Конюхова Т.П., Кикило Д.А., Лучин Г.С., Чуприна Т.Н., Михайлова О.А., Дистанов У.Г., Харисов Ю.Г. Способ адсорбционной очистки воды. Патент RU №2111171, МПК 6 C02F 1/28; заявл. 1996.01.16; опубл. 1998.05.20.
2. Конюхова Т.П., Кикило Д.А., Михайлова О.А., Нагаева С.З., Чуприна Т.Н., Дистанов У.Г., Ярулина Г.Г., Харисов Ю.Г. Способ адсорбционной очистки воды. Патент RU №2150997, МПК 7 B01J 20/16, C02F 1/28; заявл. 1998.09.03; опубл. 2000.06.20.
3. Линевич С.Н., Фесенко Л.Н., Богданов С.С., Игнатенко С.И. Загрузка контактного фильтра для очистки природных вод. Патент RU №2238787, МПК 7 B01D 39/02, B01J 20/16; заявл. 2003.04.29; опубл. 2004.10.27
4. Алыков Н.М., Алыков Е.Н., Яворский Н.И., Алыкова Т.В. Способ получения природного сорбента для очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения. Патент RU 2370312 С2, МПК B01J 20/16, C02F 1/28, заявл. 2007.08.10., опубл. 2009.02.20.
5. Алыков Н.М., Никитина Ю.Е. Способ получения сорбента для очистки природных и сточных вод. Патент RU 2399412 С2, МПК B01J 20/16, B01J 20/30; заявл. 2008.12.15, опубл. 2010.09.20.
Способ получения сорбента для очистки природных и сточных вод, включающий смешивание 20 г измельченной опоки до размера 0,001 мм в поперечнике, 60 г портландцемента - 500, 10 г 10%-ного водного раствора хлорида натрия, 10 г 10% водного раствора хлорида кальция, отличающийся тем, что в массу вносят 20 г активного угля БАУ-4, компоненты смешивают до получения тестообразной массы, массу пропускают через шнековый измельчитель, полученные гранулы высушивают при температуре 20-35°C, после схватывания массы выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид-ион.
