Способ очистки питьевой воды от соединений мышьяка
Изобретение может быть использовано для очистки воды из источников водозабора от соединений мышьяка и тяжелых металлов при получении питьевой воды, а также для очистки некоторых промстоков от указанных токсикантов. Способ включает последовательную обработку воды осадителем на основе соединений железа (III), коагуляцию и фильтрацию воды. Перед фильтрацией гетерогенную систему отстаивают, осадок, содержащий гидроксид железа (III) с осажденными соединениями мышьяка (V), растворяют в кислоте и обрабатывают сероводородом с последующим удалением мышьяка в форме малорастворимого соединения. Раствор соли железа (III) направляют на новый цикл очистки воды. Осадитель представляет собой смесь гидроксо- и дигидроксо- соединений железа (III) с гидроксидом железа (III), который получают путем воздействия на раствор соли железа (III) гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в OH--форме до достижения рН системы от 3,6 до 4,1. Способ обеспечивает улучшение качества очистки воды, достижение показателей очистки по мышьяку менее 10 мкг/л и тяжелым металлам менее ПДК, уменьшение воздействия на окружающую среду вследствие вывода из оборота осадителя с токсикантом и его переработки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 7 табл., 71 пр.
Изобретение относится к проблеме водоподготовки, в частности к очистке воды из источников водозабора от соединений мышьяка и тяжелых металлов, и может быть применено при получении питьевой воды, а также для очистки некоторых промстоков от указанных токсикантов.
Известно, что ввиду остроты проблемы, которая привела к необходимости изменения уровня предельно допустимой концентрации (ПДК) по мышьяку в воде до уровня 10 мкг/л (World Health Organization (WHO): Arsenic in drinking water, Fact sheet No 210 (2001) http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs210/en/print.html), в мире идет усиленный поиск эффективных и, в тоже время, дешевых способов очистки воды от указанных токсикантов. В общем виде все существующие подходы могут быть сведены в четыре группы: мембранные технологии (Kartinen E.O. An overview of arsenic removal process / Kartinen, E.O., Martin, C.J. // Desalination. 1995. V. 103. P. 79-88), процессы адсорбции (Pal B.N. Granular ferric hydroxide for climination of arsenic from drinking water / B.N. Pal. Proc. of BUET-UNU Workshop Technologies for removal of arsenic from drinking water. Dhaka, Bangladesh, 2001. P. 59-68), ионного обмена (Korngold E. Arsenic removal from drinking water by anion exchange / Korngold, E., Belayev, N., Aronov, L. // Desalination. 2001. V. 141. P. 81-84) и осаждения/коагуляции/фильтрации (Hering J.G. Arsenic removal from drinking water during coagulation / Hering, J.G., Chen, P.J., Wilkie, J.A., Elimelech, M. // J. Environ. Eng. 1997. V. 8. P. 800-807). Отдельным направлением является метод подземной аэрации воды, предложенный исследователями из Белфаста (Gupta Sen B., Bandopadhyay A., Nag N. K., Mukhopadhyay S., Mazumdar A. Subterranean Arsenic Removal - A journey to the future / International Conference on Water Quality with special reference to Arsenic. Jule 4 2014. http://www.researchgate.net/publication/228326538_Subterranean_Arsenic _Removal__A_journey_to_the_future), но его возможности, несмотря на определенное практическое тестирование, еще до конца не выяснены. По каждому направлению идет совершенствование существующих технологических решений, приводящее к улучшению экономических показателей процессов (EPA: Technologies and coast for removal of arsenic from drinking water. International Consultants. Inc.. Malcolm Pirnie, Inc., The Cadmus Group. Inc.. Under Contract with the USEPA No. 68-C6-0039. EPA 815-R00-028. 2000).
Для индивидуальных потребителей воды, использующих различные картриджи, очистка воды в основном производится за счет процессов сорбции и ионного обмена. В ряду разработчиков способа очистки указанными процессами выделяется германская фирма GEH-Wasserchemie GmBH&Co.KG, выпускающая препарат GEH-102, фирма Bayer AG, поставляющая на рынок сорбент Bayoxide E33. Последний представляет собой гранулированный оксигидроксид железа (FeOOH) с размером гранул 0,5 - 2,0 мм и удельной поверхностью 150 м2/г. Концерн Lanxess разработал продукт Lewatit FO36. Это гибридный материал, состоящий из слабоосновной анионообменной смолы на основе полистирола регулярного строения и неорганического оксида железа (около 15% по массе), равномерно распределенного в порах матрицы смолы.
Что касается промышленной водоподготовки, то здесь базовым является процесс осаждения/коагуляции/фильтрации, детально описанный в значительном числе публикаций. Удаление соединений мышьяка достигается путем соосаждения анионов мышьяковой и мышьяковистой кислот на гидроксиде железа (алюминия) (III). Обменный процесс хорошо адаптирован к водам различного состава и позволяет осуществлять очистку до уровня ПДК. Однако этому методу присущи серьезные недостатки, приносящие существенный экологический ущерб окружающей среде:
- продукт соосаждения (Me(OH)3) вместе с токсикантом фактически выбрасывается в окружающее пространство, где под действием осадков мышьяк вновь вымывается и поступает в грунтовые воды;
- накапливающиеся огромные объемы осадителя сами по себе также выступают в роли токсиканта по отношению к окружающей среде.
Кроме того, метод имеет ограничение по количеству выводимых соединений мышьяка в очищаемой воде - приблизительно до 2,5 мг/л. Это связано с возможностью введения в воду растворимых соединений металлов только в определенных пределах, обусловленных поддержанием необходимых санитарно-эпидемиологических требований по вводимым анионам Cl−, SO4 2−.
Известен способ удаления мышьяка из кислых водных растворов, включающий обработку водного растворов осадителем, содержащим известь, удаление осадка, введение в надосадочную жидкость солей трехвалентного железа или двухвалентного железа в присутствии избытка окислителя, фильтрацию (см. патент GB №1502775, МПК C02F1/52).
Существенными недостатками предложенного процесса является нерешенность проблемы вывода соединений токсикантов из осадка, что приведет к загрязнению окружающей среды, а также сложность процесса фильтрации мышьяк-железосодержащих осадков.
Наиболее близким к описываемому способу по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ удаления мышьяка из водных растворов, включающий последовательную обработку воды осадителем, коагуляцию и фильтрацию осадка, при этом обработку водного раствора, содержащего мышьяк, ведут комбинацией солей железа (III) и перекиси водорода при рН среды в диапазоне от 3 до 5 (см. заявку на изобретение US 20020003116, МПК C02F1/52) (фиг.1).
Однако предложенное техническое решение не позволяет избежать недостатков, связанных с процессами солеобразования при корректировке необходимых значений рН среды (образование NaCl или Na2SO4), что приведет к ограничению количества вводимого осадителя (соли Fe3+) и соответственно к выводу соединений мышьяка из воды, содержащей их на уровне ≤ 2,5 мг/л. Это обстоятельство приводит к повышению требований к источникам водозабора, необходимости их отбора по уровню соединений мышьяка и тяжелых металлов (токсикантов). Сохраняется проблема вывода и утилизации отделяемого твердого токсичного шлама.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа очистки воды, позволяющего удешевить процесс за счет применения принципа замкнутого цикла по осадителю; расширить источники водозабора вследствие создания условий для вывода больших количеств соединений мышьяка из очищаемой воды.
Технический результат заключается в улучшении качества очистки воды, а именно достижении показателей качества воды по мышьяку (≤ 10 мкг/л) и металлам (≤ ПДК); а также в уменьшении воздействия на окружающую среду вследствие вывода из оборота осадителя с токсикантом и их переработки.
Поставленная задача решается способом очистки питьевой воды от соединений мышьяка, включающим последовательную обработку воды осадителем на основе соединений железа (III), коагуляцию и фильтрацию воды, при этом перед фильтрацией гетерогенную систему отстаивают; осадок, содержащий гидроксид железа (III) с осажденными соединениями мышьяка (V), растворяют в кислоте и обрабатывают сероводородом с последующим удалением соединений мышьяка в форме малорастворимого соединения, а раствор соли железа (III) направляют на новый цикл очистки воды. Дополнительно, перед введением осадителя в обрабатываемую воду добавляют окислитель, в качестве которого применяют перекись водорода или гипохлорит натрия. При содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в качестве осадителя используют соли железа (III), а именно: хлориды или сульфаты или нитраты. Осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,05%-0,1% от массы очищаемой воды. При содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л, в качестве осадителя используют смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III). При этом осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,1-1% от массы очищаемой воды. Осадитель получают путем воздействия на раствор соли железа(III) гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в ОН--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1. Осаждение токсикантов проводят при pH среды в интервале от 6,0 до 8,5, предпочтительно 7,5. В качестве кислоты для растворения осадка используют соляную, или серную, или азотную кислоту при pH среды в интервале от 1,0 до 2,5.
Элементами новизны предложенных технических решений являются следующие:
осуществление выделения соединений мышьяка из осадка Fe(OH)3 путем последовательного воздействия кислоты-растворителя и сероводорода;
осадитель токсикантов, представляющий смесь гидроксо-, дигидроксо-соединений железа(III) с Fe(OH)3, позволяющий расширить ассортимент очищаемых вод до тех, которые содержат соединения мышьяка на уровне ≥2,5 мг/л;
осуществление регенерации раствора соли железа(III) в осадитель токсикантов раствором гидроксида натрия или анионообменной смолой в интервале pH от 3,6 до 4,1,
осуществление принципа замкнутого цикла по осадителю;
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема очистки воды, описанная в наиболее близком аналоге;
на фиг. 2 представлен график влияния величины pH «осадителя токсикантов» на концентрацию хлорид-ионов в очищаемой воде;
на фиг. 3 представлена принципиальная схема осуществления процесса с учетом новых предложенных решений, позволяющая оптимизировать процесс очистки воды от соединений мышьяка.
Сущность предлагаемого способа очистки воды от соединений мышьяка заключается в том, что в очищаемую воду в зависимости от концентрации соединений мышьяка вносят или раствор соли железа(III), или смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III) в количестве 0,05-1,0 масс. % от массы очищаемой воды при изменении концентрации соединений мышьяка от минимальной до 30 мг/л. При этом учитывается количество соединений мышьяка(III), присутствующих в очищаемой воде. Обязательной операцией является добавление к очищаемой воде окислителя, предпочтительно перекись водорода (H2O2) или гипохлорит натрия (NaOCl), позволяющий перевести соединения трехвалентного мышьяка (арсениты) в соединения пятивалентного мышьяка (арсенаты).
При содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в качестве осадителя используют соли железа(III) в виде хлоридов, или сульфатов, или нитратов.
При воздействии на очищаемую воду, содержащую осадитель, щелочью, например, гидроксидом натрия, происходит процесс гидролиза солей (на примере хлорида железа):
FeCl3+НОН↔Fe(OH)Cl2↓+HCl
Fe(OH)Cl2+НОН↔Fe(OH)2Cl↓+HCl
Fe(OH)2Cl+НОН↔Fe(OH)3+HCl
При этом процесс гидролиза приводит к понижению pH (из-за образования HCl). Все три продукта (Fe(OH)Cl2, Fe(OH)2Cl и Fe(OH)3) - малорастворимы и выпадают в осадок, формируя высокоразвитую дисперсную систему, сорбирующую токсиканты.
При содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л в качестве осадителя используют уже готовую смесь, содержащую три гидроксоформы соединений железа(III) (гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III)), которую получают путем воздействия на раствор соли железа(III) гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в ОН--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1. То есть при добавлении к раствору соли Fe3+,или щелочи, или анионообменной смолы, выделяющей ОН-группу, pH среды начинает возрастать. Ограничительным значением pH является величина, равная 4,1. При этом или большем значении соль полностью перейдет в Fe(OH)3. В указанном интервале pH (3,6-4,1) образуется смесь всех трех форм (гидроксо-, дигидроксо- и Fe(OH)3).
Важно то, что в процессе получения осадителя ненужные анионы кислот (Cl-, SO4 2-, NO3 -) или осаждаются на смол, или остаются в растворе при действии щелочи, а в осадке - осадитель токсикантов.
Из графика (фиг. 2) видно, что в указанном диапазоне pH: чем выше его значение, тем меньше анионов в составе осадителя (что и требуется).
Количество осадителя зависит от концентрации соединений мышьяка в очищаемой воде и зависит от количества образующегося гидроксида железа(III) в процессе гидролиза солей. При содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л осадитель вводят в количестве, необходимом для получения образующегося гидроксида железа (III) в количестве 0,05%-0,1% от массы очищаемой воды. При содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л осадитель вводят в количестве, необходимом для получения образующегося гидроксида железа (III) в количестве 0,1-1% от массы очищаемой воды.
В процессе осаждения рН формируемой системы поддерживается в интервале 6,0 - 8,5 единиц. Таким образом, эффект очистки реализуется тем, что в процессе осаждения образуется гидрооксид железа (III) высокой степени дисперсности, переходящий в гель, захватывающий соосаждающиеся соединения мышьяка и тяжелых металлов. Образуемая гетерогенная система перемешивается в течение 5-10 мин (механическим способом, циркуляцией системы, ультразвуком, насосами вихревого типа и т.п.), смешивается с заданным количеством коагулянта и отстаивается до образования гомогенного раствора (отстоя воды) и осадка гидроксида железа (III) с токсикантом. Отстой далее направляется на фильтрацию (или центрифугирование), с последующей поставкой потребителю.
Осадок Fe(OH)3, окклюдирующий анионы: AsO4 3- и AsO3 3-, переносят в специальный реактор и добавляют кислоту, способную образовывать растворимую соль железа (III) (HCl, H2SO4, HNO3), до формирования системы с pH от 1,0 до 2,5 единиц. При этом гидроксид железа превращается в растворимую соль:
Fe(OH)3 + H+→ Fe3+ + H2O
Соединения мышьяка - соли мышьяковистой (H3AsO3) и мышьяковой (H3AsO4) кислот превращаются в соответствующие соли кислот:
Na3AsO3 + 6HCl → AsCl3 + 3NaCl + 3H2O
Na3AsO4 + 8HCl → AsCl5 + 3NaCl + 4H2O
Вследствие воздействия любой из солеобразующих кислот образуется гомогенный раствор, содержащий: соли железа, например FeCl3, NaCl и AsCln.
Затем через раствор барботируют сероводород, который в кислой среде осаждает только катионы мышьяка (Asn+) в малорастворимые соли - сульфиды.
2AsCl3 + 3H2S → As2S3↓ + 6HCl
2AsCl5 + 5H2S → As2S5↓ + 10HCl
Таким образом, осадок с токсикантом разделяется на две части: соли железа (III) (например, FeCl3) и малорастворимые соли мышьяка (As2Sn). Малорастворимые соли мышьяка отделяются на фильтре и удаляются. Фильтрат в зависимости от содержания соединений мышьяка в воде или направляется на новый цикл осаждения (при малых количествах токсикантов), или на стадию регенерации в новый осадитель токсикантов (при количествах ≥2,5 мг/л). В любом случае это реализует замкнутый цикл по осадителю (фиг. 3).
Процесс регенерации осадителя проводится раствором гидроксида натрия или анионообменной смолой в интервале pH от 3,6 до 4,1.
В результате представленный способ позволяет:
- вывести токсикант (соединения мышьяка) в форме отхода (IV класса опасности) для захоронения или последующего использования, что способствует уменьшению воздействия на окружающую среду;
- использовать осадитель повторно в новом цикле очистки следующей порции воды, что ведет к удешевлению способа очистки воды.
Способ осуществляется следующим образом.
В резервуар из источника водозабора перекачивается заданное количество воды, содержащей соли мышьяка. Определяют количество соединений мышьяка в источнике воды. При наличии в воде трехвалентных соединений мышьяка (арсенитов) добавляют окислитель в количестве, позволяющем перевести арсенит в соединения пятивалентного мышьяка (арсенаты).
В том случае, когда токсикант присутствует в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в резервуар добавляют 10-15% раствора соли железа(III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)3 составляла 0,05%-0,1% (0,4-1 г на литр очищаемой воды).
При содержании соединений мышьяка ≥2,5 мг/л в резервуар добавляют смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)3 составляла 0,1-1%) (1-10 г на литр очищаемой воды).
К формируемой системе добавляют 5%-й раствор гидроксида натрия до создания pH системы, равной 6,5-8,5 единиц (предпочтительно 7,5). Далее систему перемешивают (механическим способом, циркуляцией системы, ультразвуком, насосами вихревого типа и т.п.) в течение 5-10 минут. Для ускорения процесса коагуляции в систему вводят раствор коагулянта (например, полиакриламид) концентрацией 0,01 мг/л и систему дополнительно перемешивают в течение 5-10 мин. Затем систему перекачивают в осветлитель, где отстаивают в течение 3-х часов, в результате чего формируются две фазы: нижняя - осадок Fe(OH)3 с токсикантами и верхняя - отстой воды. Отстой воды направляют на фильтрацию через слой гранулированного гидроксида железа(III) и анализируют на содержание соединений мышьяка(III) методом циклической вольтамперометрии на анализаторе ПАН-As, а на содержание соединений As(V) проводят методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре VG PQ ExCell «Termo Elemental».
Осадок Fe(OH)3 с токсикантами переносят в реактор и добавляют солеобразующую кислоту (соляную, серную или азотную) до получения pH среды 1,0- 2,5. При этом гидроксид железа (III), а также оксиды и гидроксиды металлов превращаются в соответствующие соли (хлориды, сульфаты, нитраты), а мышьяк переходит в катионную форму (Asn+). Через полученный раствор барботируют сероводород с выделением соединений мышьяка в форме малорастворимых соединений (Asn+). Полученную гетерогенную систему фильтруют (центрифугируют) с отделением твердой фазы. Полученный фильтрат в зависимости от концентрации токсиканта (соединений мышьяка) в воде или направляют на новый цикл очистки воды (при меньше 2,5 мг/л), или на стадию регенерации, которая проводится гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в OH−форме до достижения рН системы от 3,6 до 4,1. Полученный продукт представляет собой новый осадитель токсикантов.
Изобретение поясняется следующими примерами его осуществления.
Примеры 1-15.
К воде, содержащей заданное количество арсенита натрия (от 500 до 2500 мкг/л), добавляют 10%-й раствор хлорида железа (III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)3 составляла 0,04-0,1% (0,4 - 1 г на литр очищаемой воды). К формируемой системе добавляют 5%-й раствор гидроксида натрия до создания pH системы, равной 7,5. Для ускорения процесса коагуляции в систему вводят раствор коагулянта концентрацией 0,01 мг/л и систему дополнительно перемешивают в течение 5 мин. После этого систему переносят в осветлитель, где отстаивают в течение 3-х часов, формируя две фазы: нижнюю - осадок Fe(OH)3 с токсикантом и верхнюю - отстой воды. Отстой воды направляют на фильтрацию через слой гранулированного гидроксида железа (III) и анализируют на содержание соединений мышьяка (III) методом циклической вольтамперометрии на анализаторе ПАН-As.
Результаты по очистке воды приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значение концентраций соединений мышьяка (III) в воде до и после ее очистки раствором хлорида железа (III)
| № | СAs 3+ в воде до очистки, мкг/л | Количество осадителя, % | СAs 3+ в воде после очистки, мкг/л |
| 1 | 500 | 0,04 | 12,1±0,4 |
| 2 | 1000 | 0,04 | 14,4±0,5 |
| 3 | 1500 | 0,04 | 17,5±0,6 |
| 4 | 2000 | 0,04 | 23,7±0,9 |
| 5 | 2500 | 0,04 | 31,2±1,1 |
| 6 | 500 | 0,05 | 3,1±0,2 |
| 7 | 1000 | 0,05 | 4,4±0,2 |
| 8 | 1500 | 0,05 | 5,7±0,5 |
| 9 | 2000 | 0,05 | 8,7±0,4 |
| 10 | 2500 | 0,05 | 9,6±0,3 |
| 11 | 500 | 0,1 | 2,5±0,1 |
| 12 | 1000 | 0,1 | 3,9±0,2 |
| 13 | 1500 | 0,1 | 4,4±0,3 |
| 14 | 2000 | 0,1 | 7,8±0,2 |
| 15 | 2500 | 0,1 | 8,1±0,4 |
Осадок гидроксида железа (III) с токсикантом переносят в реактор и к нему добавляют 10-20%-й раствор соляной кислоты до формирования гомогенной системы, имеющей значение pH, равное 1,5-2,0.
Через раствор, подвергаемый перемешиванию, барботируют сероводород. Происходит процесс образования осадка As2S3. После проверки на полноту осаждения осадок подвергают центрифугированию или отфильтровывают на нутч-фильтре, а фугат (фильтрат) повторно используют для осаждения новой порции очищаемой воды.
Примеры 16-30.
Аналогичные эксперименты были проведены с применением в качестве осадителя смеси гидроксо- и дигидроксохлорида и гидроксида железа (III). Указанный «осадитель токсикантов» получают при добавлении к раствору сульфата железа (III) анионообменной смолы (в примере - АВ-17-8ЧС в OH-форме). Систему «соль-смола» перемешивают до формирования pH системы, равной 3,6 единицы. Далее смолу отделяют, а полученную систему направляют на стадию осаждения токсиканта из очищаемой воды. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
Значение концентраций соединений мышьяка (III) в воде до и после ее
очистки осадителем токсикантов
| № | СAs 3+ в воде до очистки, мкг/л | Количество осадителя, % | СAs 3+ в воде после очистки, мкг/л |
| 16 | 500 | 0,04 | 11,7±0,4 |
| 17 | 1000 | 0,04 | 13,9±0,5 |
| 18 | 1500 | 0,04 | 17,1±0,5 |
| 19 | 2000 | 0,04 | 24,1±0,8 |
| 20 | 2500 | 0,04 | 30,1±1,0 |
| 21 | 500 | 0,05 | 2,9±0,1 |
| 22 | 1000 | 0,05 | 4,9±0,3 |
| 23 | 1500 | 0,05 | 5,3±0,5 |
| 24 | 2000 | 0,05 | 9,0±0,5 |
| 25 | 2500 | 0,05 | 9,3±0,3 |
| 26 | 500 | 0,1 | 2,0±0,1 |
| 27 | 1000 | 0,1 | 4,2±0,3 |
| 28 | 1500 | 0,1 | 4,7±0,4 |
| 29 | 2000 | 0,1 | 8,0±0,2 |
| 30 | 2500 | 0,1 | 8,5±0,5 |
Примеры 31-35.
Аналогичные эксперименты были проведены по очистке воды, содержащей количество арсенита натрия, большее чем 10 000 мкг/л. Процесс осаждения проводят только смесью гидроксо- и дигидроксосульфата и гидроксида железа (III), которую берут при 1% содержании осадителя.
Полученные результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3
Значение концентраций соединений мышьяка (III) в воде до и после ее
очистки осадителем токсикантов
| № | СAs 3+ в воде до очистки, мкг/л | Количество осадителя, % | СAs 3+ в воде после очистки, мкг/л |
| 31 | 10000 | 1,0 | 3,7±0,3 |
| 32 | 15000 | 1,0 | 3,9±0,3 |
| 33 | 20000 | 1,0 | 4,2±0,3 |
| 34 | 25000 | 1,0 | 4,9±0,4 |
| 35 | 30000 | 1,0 | 5,3±0,5 |
Примеры 36-50.
Также были проведены аналогичные эксперименты по очистке воды, содержащей арсенат натрия в заданных количествах (от 500 до 2500 мкг/л). Для этих целей к воде, содержащей определенные количества арсенита натрия, сначала добавляют окислитель (перекись водорода или гипохлорит натрия) для окисления арсенит-ионов до арсенат-ионов, а уже затем 15%-й раствор сульфата железа (III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)3 составляла 0,04-0,1 масс.% и 5%-й раствор гидроксида натрия до создания pH системы, равной 6,5 единиц. Анализ на содержание соединений As(V) проводят методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре VG PQ ExCell «Termo Elemental».
Полученные результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
Значение концентраций соединений мышьяка (V) в воде до и после ее очистки раствором хлорида железа (III)
| № | СAs 5+ в воде до очистки, мкг/л | Количество осадителя, % | СAs 5+ в воде после очистки, мкг/л |
| 36 | 500 | 0,04 | 11,8±0,5 |
| 37 | 1000 | 0,04 | 13,4±0,5 |
| 38 | 1500 | 0,04 | 16,2±0,5 |
| 39 | 2000 | 0,04 | 21,7±0,8 |
| 40 | 2500 | 0,04 | 31,9±1,1 |
| 41 | 500 | 0,05 | 3,1±0,2 |
| 42 | 1000 | 0,05 | 4,5±0,2 |
| 43 | 1500 | 0,05 | 5,1±0,3 |
| 44 | 2000 | 0,05 | 9,0±0,5 |
| 45 | 2500 | 0,05 | 9,7±0,3 |
| 46 | 500 | 0,1 | 2,8±0,2 |
| 47 | 1000 | 0,1 | 3,7±0,2 |
| 48 | 1500 | 0,1 | 4,2±0,3 |
| 49 | 2000 | 0,1 | 7,6±0,3 |
| 50 | 2500 | 0,1 | 8,5±0,5 |
Примеры 51-65.
Аналогичные эксперименты были проведены с применением в качестве осадителя смеси гидроксо- и дигидроксонитрата и гидроксида железа (III) - «осадителя токсикантов». Полученные результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5
Значение концентраций соединений мышьяка (V) в воде до и после ее
очистки «осадителем токсикантов»
| № | СAs 5+ в воде до очистки, мкг/л | Количество осадителя, % | СAs 5+ в воде после очистки, мкг/л |
| 51 | 500 | 0,04 | 11,5±0,4 |
| 52 | 1000 | 0,04 | 14,2±0,5 |
| 53 | 1500 | 0,04 | 16,7±0,4 |
| 54 | 2000 | 0,04 | 23,2±0,7 |
| 55 | 2500 | 0,04 | 30,9±1,0 |
| 56 | 500 | 0,05 | 3,3±0,1 |
| 57 | 1000 | 0,05 | 4,5±0,2 |
| 58 | 1500 | 0,05 | 5,5±0,4 |
| 59 | 2000 | 0,05 | 8,9±0,4 |
| 60 | 2500 | 0,05 | 9,1±0,5 |
| 61 | 500 | 0,1 | 2,5±0,2 |
| 62 | 1000 | 0,1 | 4,1±0,3 |
| 63 | 1500 | 0,1 | 4,4±0,4 |
| 64 | 2000 | 0,1 | 8,2±0,5 |
| 65 | 2500 | 0,1 | 8,7±0,5 |
Примеры 66-70.
Аналогичные эксперименты были проведены по очистке воды, содержащей количество арсената натрия, большее чем 10 000 мкг/л. Процесс осаждения проводят только смесью гидроксо-, дигидроксосульфата и гидроксида железа (III), которую берут при 1% содержании осадителя.
Полученные результаты представлены в таблице 6.
Таблица 6
Значение концентраций соединений мышьяка (V) в воде до и после ее
очистки «осадителем токсикантов»
| № | СAs 5+ в воде до очистки, мкг/л | Количество осадителя, % | СAs 5+ в воде после очистки, мкг/л |
| 66 | 10000 | 1,0 | 3,9±0,3 |
| 67 | 15000 | 1,0 | 4,1±0,2 |
| 68 | 20000 | 1,0 | 4,5±0,3 |
| 69 | 25000 | 1,0 | 5,6±0,3 |
| 70 | 30000 | 1,0 | 6,0±0,4 |
Пример 71.
Наряду с соединениями мышьяка в растворе присутствуют и другие токсиканты - соединения тяжелых металлов. Их удаление осуществляется следующим образом. В ходе внесения в объем очищаемой воды раствора хлорида железа (III) или «осадителя токсикантов» и доведения pH системы до 6,5 - 8,5 единиц в формируемой системе наряду с Fe(OH)3 образуются гидроксиды ряда других металлов. В последующем они наряду с соединениями мышьяка соосаждаются на гидроксиде железа (III), чем достигается эффективная очистка воды и от этих токсикантов. В табл.7 приведены результаты степени очистки модельных растворов, содержащих соединения тяжелых металлов.
Таблица 7
Значение концентраций различных токсикантов в модельном растворе и водопроводной воде до и после очистки
| Концентрация ионов, мкг/л | |||||
| Образцы | Pb2+ | Al3+ | Cd2+ | Cr3+ | Cu2+ |
| Модельный раствор до очистки | 124,4 | 2216 | 4,45 | 114,2 | 1211 |
| Модельный раствор после очистки | 0,11 | 13,35 | 0,05 | 3,41 | 1,49 |
| Водопроводная вода до очистки | 0,08 | 101,4 | 0,01 | 3,0 | 3,35 |
| Водопроводная вода после очистки | 0,06 | 6,54 | 0,01 | 2,22 | 0,87 |
Таким образом, применение предлагаемого способа очистки питьевой воды позволяет достигать требуемых показателей качества воды как по соединениям мышьяка, так и по соединениям тяжелых металлов. Предложенный способ расширяет диапазон концентраций по соединениям мышьяка, выводимым из очищаемых вод (≥2,5 мг/л); повышает экологические и экономические показатели процесса.
1. Способ очистки питьевой воды от соединений мышьяка, включающий последовательную обработку воды окислителем, осадителем на основе соединений железа(III) с получением гетерогенной системы, ее коагуляцию с получением осадка и отстоя воды и фильтрацию отстоя воды, отличающийся тем, что осадок, содержащий гидроксид железа(III) с осажденными соединениями мышьяка(V) и металлов, растворяют в кислоте и обрабатывают сероводородом с последующим удалением соединений мышьяка в форме малорастворимого соединения, а раствор соли железа(III) направляют на новый цикл очистки воды.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве окислителя применяют перекись водорода или гипохлорит натрия.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в качестве осадителя используют соли железа(III).
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве солей железа(III) применяют хлориды, или сульфаты, или нитраты.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,05%-0,1% от массы очищаемой воды.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л в качестве осадителя используют смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III).
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,1-1% от массы очищаемой воды.
8. Способ по п. 7, характеризующийся тем, что осадитель получают путем воздействия на раствор соли железа(III) гидроксидом натрия или калия или анионообменной смолой в ОН--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение соединений мышьяка и металлов производят при pH среды в интервале от 6,0 до 8,5.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение соединений мышьяка и металлов производят при pH среды, предпочтительно равном 7,5.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислоты для растворения осадка Fe(OH)3 и токсикантов используют соляную, или серную, или азотную кислоту при pH среды в интервале от 1,0 до 2,5.
12. Применение смеси гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III), полученной путем воздействия на раствор соли железа(III) или гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в ОН--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1, в качестве осадителя для способа очистки питьевой воды от мышьяка по п. 1.
