Способ очистки сточных вод от ионов хрома (vi)

Авторы патента:

Дударев Владимир Иванович (RU)

Климова Ольга Владилиновна (RU)

Филатова Елена Геннадьевна (RU)

C02F1/28 - Обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод (разделение вообще B01D; специальные устройства на судах для обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, например для получения питьевой воды B63J; добавление к воде веществ для предотвращения коррозии C23F; обработка жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами G21F 9/04)

B01J20/20 - содержащие свободный углерод; содержащие углерод, полученный процессами коксования (активированный уголь C01B 31/08)

Владельцы патента RU 2547756:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") (RU)

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от ионов хрома (VI) адсорбцией и может найти применение в цветной и черной металлургии, в производстве хрома и его соединений, для очистки стоков гальванических, кожевенных производств. Способ очистки сточных вод от ионов хрома (VI) включает пропускание сточных вод через слой адсорбента при 0,5≤pH≤0,9. В качестве адсорбента используют углеродный адсорбент размером частиц 0,5-2 мм при суммарной пористости не менее 0,5 см³/г и удельной поверхности не менее 500 м²/г, полученный на основе длиннопламенного каменного угля. Использование заявляемого изобретения позволяет производить очистку сточных вод от соединений хрома (VI) в одну стадию (без восстановления до хрома (III)) с применением доступных и недорогих адсорбентов, не требующих дополнительной обработки и обеспечивающих полное количественное удаление ионов хрома (VI). Технический результат заключается в повышении степени очистки сточных вод от ионов хрома (VI) за счет их адсорбции на углеродном адсорбенте. 4 ил., 1 табл., 4 пр.

Известен способ удаления хрома (VI) из водного раствора (RU №2110481, МПК C02F 1/28, C02F 1/62, C02F 1/76, опубликовано 10.05.1998), включающий обработку раствора до оптимальной величины pH, контакт раствора и адсорбента. В качестве адсорбента и/или восстановителя используют семена люцерны и/или клевера.

Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются обработка раствора до оптимальной величины pH и контакт раствора и адсорбента.

Также известен способ удаления хрома (VI) из водного раствора (RU №2129096, МПК C02F 1/28, C02F 1/62, опубликовано 20.04.1999). По данному способу удаление хрома (VI) из водного раствора осуществляют с использованием семян фасоли, причем кожица фасоли преимущественно сорбирует хром (VI), а ее семядоли - хром (III).

Недостатками описанных выше способов-аналогов являются: низкая эффективность (семена люцерны или клевера) и дороговизна в связи с высокой ценой применяемых пищевых материалов в качестве сорбентов-восстановителей (фасоль).

Известен способ адсорбции хрома (VI) на активированном угле (RU №2091318, МПК C02F 1/28, 27.09.1997), включающий обработку адсорбента и раствора, контакт активированного угля и раствора, адсорбцию на активированном угле в слабокислой или кислой среде при регулировании pH непрерывной нейтрализацией раствора до оптимальных значений, причем в процессе адсорбции отклонение величины pH адсорбции от оптимального значения поддерживают согласно зависимости: ΔpH=ΔpH₀·exp(-k·t^m), где ΔpH - отклонение величины pH от оптимального значения; t - время адсорбции; ΔpH₀ - максимальное отклонение величины pH от оптимального значения в начальный момент времени; k, m - константы, определяемые по экспериментальным данным.

Недостатком способа является необходимость регулирования процесса, осуществляя непрерывную нейтрализацию раствора до оптимальных значений pH добавлением определенного количества нейтрализатора.

Наиболее близким к изобретению и принятым за прототип является способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и шестивалентного хрома (RU №2051112, МПК C02F 1/28, опубликовано 27.12.1995). По данному способу извлечение ионов тяжелых металлов и шестивалентного хрома из питьевой и сточных вод промышленных предприятий проводят с использованием в качестве адсорбента цеолита, предварительно обработанного щавелевой кислотой с концентрацией 0,05-0,1 моль/л. Для осуществления способа сточные воды, содержащие ионы хрома (VI) и другие тяжелые металлы, пропускают через слой цеолита в присутствии минеральной кислоты при pH 1-2.

Данный способ позволяет адсорбировать ионы цинка, меди, железа и хрома. Соединения хрома (VI) в воде находятся в составе анионов $C r_{2} O_{7}^{2 -}$ и $C r O_{4}^{2 -}$ (в кислой и щелочной средах соответственно). Общими признаками заявляемого изобретения с прототипом являются обработка раствора до оптимальной величины pH и контакт раствора и адсорбента.

Недостатком способа является то, что шестивалентный хром не сорбируется природными цеолитами и последние требуют обработки их щавелевой кислотой, что приводит к существенным затратам времени и дополнительному расходу реагентов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа очистки сточных вод от соединений хрома (VI) в одну стадию (без восстановления до хрома (III)) с применением доступных и недорогих адсорбентов, не требующих дополнительной обработки и обеспечивающих полное количественное удаление ионов хрома (VI).

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении степени очистки сточных вод от ионов хрома (VI) за счет их адсорбции на углеродном адсорбенте.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от ионов хрома (VI), включающем пропускание сточных вод через слой адсорбента при 0,5≤pH≤0,9, согласно изобретению в качестве адсорбента используют углеродный адсорбент с размером частиц 0,5-2 мм при суммарной пористости не менее 0,5 см³/г и удельной поверхности не менее 500 м²/г, полученный на основе длиннопламенного каменного угля.

Повышение эффективности очистки сточных вод от ионов хрома (VI) по заявляемому способу происходит за счет использования углеродного адсорбента, который обладает большой сорбционной емкостью и позволяет адсорбировать хром (VI) без стадии его восстановления до хрома (III). Для осуществления способа сточные воды, содержащие ионы хрома, пропускают через слой адсорбента при 0,5≤pH≤0,9. Способ позволяет повысить степень извлечения ионов хрома (VI) до 100%, при этом извлекаются другие ионы тяжелых металлов и достигается высокая степень очистки воды.

Применяемый по данному способу углеродный адсорбент не требует дополнительной обработки и обеспечивает полное количественное удаление ионов хрома (VI) из воды.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в качестве адсорбента используют углеродный адсорбент, полученный на основе длиннопламенных каменных углей. Кроме того, по заявляемому способу исключается стадия восстановления ионов хрома (VI) до ионов хрома (III) с последующим осаждением, также не требуется предварительная обработка адсорбента.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники известно использование активированных углей для извлечения ионов хрома (VI) из водных растворов, однако не известно использование углеродного адсорбента, полученного на основе длиннопламенных каменных углей, для удаления ионов хрома (VI) из водных растворов.

Подготовка углеродного адсорбента путем его измельчения до размера частиц 0,5-2 мм при суммарной пористости не менее 0,5 см³/г и удельной поверхности не менее 500 м²/г позволяет углеродному адсорбенту адсорбировать ионы хрома (VI), исключая стадию восстановления хрома (VI) до трехвалентного состояния, что не следует явным образом из известного уровня техники и доказывает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг. 1 приведена зависимость величины адсорбции от кислотности среды. На фиг. 2 приведена кинетическая кривая адсорбции ионов хрома (VI) на углеродном сорбенте с размером частиц 0,5-2 мм, удельной поверхностью не менее 500 м²/г, при кислотности среды 0,5-0,9. На фиг. 3 приведена кинетическая кривая адсорбции ионов хрома (VI) на углеродном сорбенте с размером частиц 2-3 мм, удельной поверхностью 400 м²/г, при кислотности среды 0,5-0,9. На фиг. 4 приведена кинетическая кривая адсорбции ионов хрома (VI) на углеродном сорбенте с размером частиц 3-4 мм, удельной поверхностью 300 м²/г, при кислотности среды 0,5-0,9.

Для определения оптимальных условий сорбции проводились опыты при разных значениях pH, разных навесках адсорбента, в различные моменты времени. В каждом опыте рассчитывалась величина предельной адсорбции А, моль/1 г сорбента.

Из полученных данных следует, что оптимальное значение pH растворов составляет 0,5-0,9. Уменьшение pH не позволяет достичь оптимальной величины предельной сорбции, а увеличение pH является нецелесообразным, так как приводит к снижению величины предельной сорбции.

Адсорбцию осуществляли в статических условиях из 100 мл исходного раствора K₂CrO₄ с концентрацией ионов хром (VI) 200 мг/л. Исходный раствор готовили растворением в воде химически чистой соли K₂CrO₄; концентрацию металла определяли на фотоколориметре КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали pH-метром. Показатели адсорбции представлены в виде кинетической зависимости процесса сорбции ионов хрома (VI).

Пример 1 (фиг. 1). Сорбцию из растворов осуществляли при разных значениях рН. Навеску адсорбента массой 1 г помещали в раствор соли разной кислотности, концентрация соли металла в растворе равна 100 мг/л. Затем перемешивали в течение времени до наступления равновесия. Величину рН контролировали рН-метром. Выявлено, что оптимальное значение рН_адс составляет 0,5-0,9. На графике (фиг. 1) представлена зависимость сорбционной емкости сорбента с размером частиц 3,0-4,0 мм по хрому (VI) от разных значений рН.

Пример 2 (фиг. 2). Сорбцию ионов хрома (VI) из раствора осуществляли в сильнокислой среде при рН 0,5-0,9. Навеску сорбента массой 1 г помещали в раствор соли хрома (VI), перемешивали в течение времени. Начальная концентрация ионов хрома (VI) в растворе равна 200 мг/л. Размер частиц сорбента составлял 0,5-2,0 мм, удельная поверхность равна не менее 500 м²/г. На графике (фиг. 2) представлены кинетические кривые сорбции ионов хрома (VI) при заданной кислотности, размере частиц и удельной поверхности сорбента.

Пример 3 (фиг. 3). Сорбцию ионов хрома (VI) из раствора проводили в сильнокислой среде при рН 0,5-0,9. Навеску сорбента массой 1 г помещали в раствор соли хрома (VI), перемешивали в течение времени. Начальная концентрация ионов хрома (VI) в растворе равна 200 мг/л. Размер частиц сорбента составлял 2,0-3,0 мм, удельная поверхность равна 400 м²/г. На графике (фиг. 3) представлены кинетические кривые сорбции хрома (VI) при заданной кислотности, размере частиц и удельной поверхности сорбента.

Пример 4 (фиг. 4). Сорбцию ионов хрома (VI) из раствора проводили в сильнокислой среде при рН 0,5-0,9. Навеску сорбента массой 1 г помещали в раствор соли хрома (VI), перемешивали в течение времени. Начальная концентрация ионов хрома (VI) в растворе равна 200 мг/л. Размер частиц сорбента составлял 3,0-5,0 мм, удельная поверхность равна 300 м²/г. На графике (фиг. 4) представлены кинетические кривые сорбции хрома (VI) при заданной кислотности, размере частиц и удельной поверхности сорбента.

Адсорбция хрома (VI) предлагаемым способом завершалась за 2 часа.

Из полученных данных следует, что оптимальное значение pH растворов варьируется в пределах 0,5-0,9, оптимальный размер частиц составляет 0,5-2,0 мм, а удельная поверхность должна составлять не менее 500 м²/г. Уменьшение pH не позволяет достичь оптимальной величины предельной сорбции, а увеличение рН является нецелесообразным, так как приводит к снижению величины предельной сорбции. Уменьшение размера частиц способствует повышению адсорбции. Однако снижение размера частиц сорбента до дисперсности менее 0,5 мм нецелесообразно, так как частицы с размером менее 0,5 мм представляют собой пыль, что представляет определенную преграду для измерения оптической плотности раствора и извлечения сорбента из раствора.

В таблице 1 приведены результаты очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов по прототипу и по заявляемому способу.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет адсорбировать хром (VI) на дешевом адсорбенте с высокой степенью извлечения и с большой скоростью. Процесс экологически чист, эффективен; раствор не загрязняется посторонними катионами. За счет большой скорости адсорбции не успевают развиться окислительно-восстановительные процессы, приводящие к деструкции адсорбента.

Как видно из таблицы 1, по заявляемому способу очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов проходит более эффективно, чем по прототипу.

Использование заявляемого изобретения позволяет производить очистку сточных вод от соединений хрома (VI) в одну стадию (без восстановления до хрома (III)) с применением доступных и недорогих адсорбентов, не требующих дополнительной обработки и обеспечивающих полное количественное удаление ионов хрома (VI).

Способ очистки сточных вод от ионов хрома (VI), включающий пропускание сточных вод через слой адсорбента при 0,5≤pH≤0,9, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют углеродный адсорбент с размером частиц 0,5-2 мм при суммарной пористости не менее 0,5 см³/г и удельной поверхности не менее 500 м²/г, полученный на основе длиннопламенного каменного угля.

Изобретение относится к очистке хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Способ очистки сточных вод включает усреднение потока воды и биологическую очистку с активным илом.

Флокулянт на основе полиакриламида для очистки природных вод и сточных вод нефтеперерабатывающих заводов // 2547499

Изобретение может быть использовано для очистки природных вод и сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. Флокулянт на основе полиакриламида включает полиакриламид, использованный в виде водного раствора с молекулярной массой 30 млн, при степени гидролиза - 70% и рабочем диапазоне pH 5-11, при этом полимер набухал в воде при комнатной температуре в течение 1 суток, модифицирующий агент - пропиленгликоль и воду при следующем соотношении компонентов, в мас.

Физико-химический мембранный биореактор // 2547498

Изобретение относится к водоочистным устройствам и может быть использовано для очистки сточных вод предприятий молочных заводов и фабрик, мясоперерабатывающих и рыбоперерабатывающих заводов, птицефабрик, маслозаводов, нефтеперерабатывающих заводов, предприятий по производству алкогольных и безалкогольных напитков, городских сточных вод.

Система очистки воды с гидравлическим управлением // 2547482

Изобретение относится к системе очистки воды с гидравлическим управлением и может быть использовано для обработки воды, преимущественно питьевой воды, с возможностью реализации алгоритмов различных переключений потоков воды и удаленного гидравлического управления системой.

Резервуар с силовым замыканием // 2547422

Изобретение относится к области устройств для отведения воды. Устройство содержит резервуар с силовым замыканием с цилиндром для самотека воды, имеющим впускное отверстие и выпускное отверстие.

Компактный концентратор сточных вод и газопромывной блок для удаления загрязняющих веществ // 2547117

Компактный передвижной концентратор жидкости содержит газовпускной патрубок, газовыпускное отверстие и проточный канал, соединяющий газовпускной патрубок и газовыпускное отверстие.

Способ осветления и утилизации условно-чистых вод фильтровальных сооружений станций водоподготовки обработкой полимерколлоидным комплексным реагентом // 2547114

Изобретение может быть использовано при осветлении и утилизации промывных вод фильтровальных сооружений станций водоподготовки. Для осуществления способа проводят коагулирование, отстаивание в двухсекционном резервуаре-усреднителе и повторное использование очищенных вод в замкнутом цикле.

Способ детоксикации хозяйственно-бытовых сточных вод // 2547112

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к обезвреживанию хозяйственно-бытовых сточных вод. Сточную воду, пропущенную через первичный отстойник, аэротенки, вторичный отстойник, очищают нанокластерами оксигидрата железа (III) от тяжелых металлов в течение 60 минут в контактном резервуаре с FeS фракцией 3 мм, массой 55536,8 г с подкислением воды технической серной кислотой в количестве 0,1 л/с, после чего ее подают в горизонтальный отстойник с электродной системой, установленной по всему его объему и состоящей из 7 плоских углеграфитовых пластин длиной 30 м, толщиной 2-3 мм с расстоянием между пластинами 5 см и медных шин между пластинами, где выдерживают в течение пяти часов, воздействуя нанотоками 25 нА.

Способ очистки оборотных растворов выщелачивания от фосфатов и фторидов // 2546739

Изобретение относится к способу очистки кислых солевых растворов, в частности, образующихся при комплексной переработке апатита с получением концентрата редкоземельных металлов (РЗМ), от примесей фосфора, фтора и щелочных металлов.

Способ управления водородным показателем ph и окислительно-восстановительным потенциалом eh технологических жидкостей нефтепромыслов и устройство для его осуществления // 2546736

Изобретение относится к нефтяной промышленности с целью снижения скорости коррозионных процессов на металлической поверхности оборудования. Способ осуществляют путем обработки технологической жидкости электрическим током, затем поток жидкости разделяют на два разноименно заряженных потока, один из которых направляют в трубопровод подготовленной технологической жидкости, а другой собирают в емкость для слива.

Способ получения ферромагнитного углеродного сорбента // 2547740

Изобретение относится к области получения ферромагнитных углеродных сорбентов, предназначенных для очистки вод. Целлюлозосодержащее сырье пропитывают водным раствором соли железа, отделяют избыток влаги и полученную смесь подвергают пиролизу.

Способ получения биоцидного сорбента для доочистки питьевой воды // 2547509

Изобретение относится к области получения биоцидных углеродных сорбентов. Способ получения сорбента включает обработку активного угля или вспененного графита раствором бетулина в органическом растворителе или водной суспензией, содержащей бетулин.

Способ получения сорбента для хроматографического разделения фуллеренов // 2546147

Изобретение относится к способам получения сорбентов для хроматографического разделения фуллеренов. Проводят термическую обработку многослойных углеродных нанотрубок при 800-1000°C.

Формованный сорбент внииту-1пвп, способ его изготовления и способ лечения эндометрита // 2545743

Изобретение относится к области медицины, а именно к формованному сорбенту с антибактериальными свойствами для лечения эндометрита, представляющему собой нанодисперсный мезопористый углеродный материал с удельной адсорбционной поверхностью не более 50 м2/г и прочностью на раздавливание не менее 20 кг/см2, содержащему поливинилпирролидон в количестве не менее 5,0%, характеризующемуся тем, что выполнен в виде цилиндров диаметром 2-4 мм, длиной 15-25 мм с одним внутренним каналом круглого сечения, к способу его изготовления, а также к способу лечения эндометрита.

Способ очистки дымовых газов тепловых пылеугольных электростанций от ртути // 2540652

Изобретение относится к области экологии в энергетике. Способ очистки дымовых газов пылеугольных котлов тепловых электростанций от ртути, включающий введение активированного угля в качестве сорбента, отличающийся тем, что сорбент получают из щелочного древесного угля путем его обработки водяным паром при температуре не менее 800°C с последующим дроблением и отсевом на сите с размером ячейки не более 100 мкм, при этом способ осуществляют в температурном интервале 110 - 120ºC с вводом сорбента в дымовые газы непосредственно перед золоулавливающими устройствами.

Термически активированный уголь, устойчивый к самовоспламенению // 2535684

Изобретение касается устойчивого к самовоспламенению термически активированного угля на целлюлозной основе и процесса его производства, а также применения такого угля для очистки дымовых газов от вредных веществ.

Способ модифицирования углеродного гемосорбента // 2534805

Изобретение относится к технологии получения углеродных сорбентов. Способ модифицирования углеродного гемосорбента включает пропитку гранул водным раствором аминокислоты, фильтрование, сушку, выдержку в инертной среде и высушивание полученного продукта.

Способ получения пористого углеродного материала с бимодальным распределением пор // 2534542

Изобретение относится к способам получения пористых углеродных материалов. Процесс получения гранулированного пористого углеродного материала состоит из двух стадий.

Способ получения древесноугольного сорбента // 2531933

Изобретение относится к способу получения древесноугольного сорбента, которое может быть использовано для получения активных углей и углеродных сорбентов, используемых в сельском хозяйстве (животноводстве, птицеводстве, очистке почв, а также в качестве кормовой добавки).

Очистка загрязненных жидкостей // 2531189

Изобретения могут быть использованы при очистке жидкостей и газов от органических загрязнений. Для осуществления способа загрязненные жидкость или газ подают в очистной резервуар, содержащий адсорбент на основе углерода в форме слоя, опирающегося на плиту на дне резервуара.

Графеновая пемза, способы ее изготовления и активации // 2550176

Изобретения относятся к нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении катализаторов и сорбентов. Графеновая пемза состоит из графенов, расположенных параллельно на расстояниях больше 0,335 нм, и аморфного углерода в качестве связующего по их краям, при соотношении графена и связующего от 1:0,1 до 1:1 по массе. Удельная площадь поверхности более 1000 м2/г. Абсолютная твердость - 1 единица по шкале Мооса и менее, удельная плотность 0,008-0,3 г/см3 для монолитов, насыпная удельная плотность 0,005-0,25 г/см3 для гранул. Композицию получают поджигом в термостойкой открытой или герметичной форме гомогенной порошковой смеси оксида графита, легкоокисляющегося органического материала и органических и неорганических солей металлов с влажностью всех компонентов 10-15%. В качестве исходного материала для связующего используют химические соединения, способные находиться в жидком состоянии до 180°С, не смачивающие графитовую/графеновую поверхность и разрушающиеся при температуре не выше 800°С. Графеновую пемзу активируют путём восстановления в водороде при 400-450°С и давлении 0,05-0,11 МПа в течение 10-30 мин или в метане при 800-950°С течение не менее 1 ч при атмосферном давлении с последующим охлаждением. Полученные сорбенты позволяют многократно увеличить вместимость емкостей для хранения и транспортировки природного газа. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл., 4 пр.