Способ очистки воды от щавелевой кислоты



Способ очистки воды от щавелевой кислоты
Способ очистки воды от щавелевой кислоты
Способ очистки воды от щавелевой кислоты

 


Владельцы патента RU 2603151:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Энергия" (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к способам очистки воды от щавелевой кислоты посредством ее полного окисления с образованием углекислого газа и воды (минерализации), может применяться для водоподготовки и/или очистки стоков различных производств и направлено на защиту окружающей среды и здоровья человека. При осуществлении способа очистки воды от щавелевой кислоты в присутствии катализатора, содержащего активированный уголь, включающего подачу озонокислородной смеси в суспензию и извлечение отработанного катализатора, в качестве катализатора используют активированный уголь с размером гранул 40-100 мкм с включенным в поры магнетитом Fe3O4 в количестве 20-30% мас., при этом подачу озонокислородной смеси с концентрацией озона 9-11 мг/л при концентрации указанного катализатора 0,6-1,2 г/л осуществляют в режиме барботажа, а извлечение отработанного катализатора проводят путем магнитной сепарации. Катализатор получают путем суспензирования активированного угля в присутствии гидроксидов железа (II, III) при нагреве, создания щелочной среды и отделения твердой фазы, Технический результат заключается в ускорении и удешевлении процесса очистки воды от щавелевой кислоты за счет повышения весовой активности катализатора, снижения удельного расхода озона и исключения механического перемешивания суспензии. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к способам очистки воды от щавелевой кислоты посредством ее полного окисления с образованием углекислого газа и воды (минерализации), может применяться для водоподготовки и/или очистки стоков различных производств и направлено на защиту окружающей среды и здоровья человека.

Щавелевая кислота относится к III классу опасности (ПДК 0,5 мг/л), в связи с чем ее присутствие в питьевой воде и попадание в окружающую среду со сточными водами недопустимо. Щавелевая кислота широко применяется в промышленности, а также является конечным продуктом, образующимся в результате некаталитического озонирования наиболее опасного класса загрязнителей - фенолов и их производных. Щавелевая кислота является веществом, трудно разлагаемым при озонировании.

Очистка воды подразумевает полную минерализацию щавелевой кислоты, т.е. ее полное окисление с образованием углекислого газа и воды.

Известен способ очистки воды от щавелевой кислоты (Beltran F.J., Rivas F.J., Montero-de-Espinosa R. Iron type catalysts for the ozonation of oxalic acid in water // Water Research. 2005, 39, 3553-3564) посредством озонирования в присутствии катализатора - оксида алюминия с нанесенным на его поверхность оксидом железа (III) (Fe2O3/Al2O3).

Гранулы катализатора размером 1,6-2,0 мм в количестве 1,25-3,75 г/л помещают в обрабатываемую воду объемом 800 мл, содержащую 8 ммоль/л щавелевой кислоты, и в режиме барботажа с механическим перемешиванием (200 мин-1) подают озонокислородную смесь с концентрацией озона 15-45 мг/л. В ходе процесса поддерживают температуру 10-40°C. Использование катализатора позволяет повысить скорость минерализации щавелевой кислоты, содержащейся в воде.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- необходимость механического перемешивания озонируемой суспензии со скоростью 200 мин-1;

- необходимость поддержания повышенной температуры 40°C;

- необходимость использования дополнительного оборудования (фильтр, центрифуга и т.п.) для извлечения гранул катализатора из очищенной воды.

В качестве прототипа выбран способ очистки воды от щавелевой кислоты (Beltran F.J., Rivas F.J., Fernandez L.A., Alvarez P.M., Montero-de-Espinosa R. Kinetics of catalytic ozonation of oxalic acid in water with activated carbon // Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 6510-6517) посредством озонирования в присутствии катализатора - активированного угля. Гранулы катализатора размером 1000-1600 мкм в количестве 0,625-2,500 г/л помещают в обрабатываемую воду объемом 400 мл, содержащую 4-8 ммоль/л щавелевой кислоты, и при скорости перемешивания жидкости 100-300 мин-1 подают озонокислородную смесь с содержанием озона 15-52 мг/л и расходом 7-25 л/ч.

Массовый расход озона на единицу объема озонируемой воды составляет 263-3250 мг O3/(ч·л воды). В ходе процесса поддерживали температуру 10-30°C.

Средняя скорость минерализации щавелевой кислоты (ЩК) по известному способу составляет 0,67-2,16 ммоль/(л·ч) при удельном расходе озона 11,9-54,3 моль O3/моль ЩК. Весовая активность катализатора составляет 0,54-1,73 ммоль/(ч·г).

Данный способ имеет следующие недостатки:

- невысокая весовая активность катализатора;

- необходимость механического перемешивания озонируемой суспензии;

- необходимость использования озонокислородной смеси с высокой концентрацией озона;

- отсутствие возможности осуществлять процесс извлечения гранул катализатора из очищенной воды непосредственно в емкости для озонирования после завершения очистки, что вызывает необходимость использования дополнительного оборудования и трудозатрат для извлечения отработанных гранул катализатора из очищенной воды.

Технический результат заключается в ускорении и удешевлении процесса очистки воды от ЩК за счет повышения весовой активности катализатора, снижения удельного расхода озона и исключения механического перемешивания суспензии.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа очистки воды от ЩК в присутствии катализатора, содержащего активированный уголь, включающего подачу озонокислородной смеси в суспензию и извлечение отработанного катализатора, согласно п. 1 формулы, в качестве катализатора используют активированный уголь с размером гранул 40-100 мкм с включенным в поры магнетитом Fe3O4 в количестве 20-30% масс., при этом подачу озонокислородной смеси с концентрацией озона 9-11 мг/л при концентрации указанного катализатора 0,6-1,2 г/л осуществляют в режиме барботажа, а извлечение отработанного катализатора проводят путем магнитной сепарации.

Согласно п. 2 формулы изобретения катализатор получают путем суспензирования активированного угля в присутствии гидроксидов железа (II, III) при нагреве, создания щелочной среды и отделения твердой фазы.

Очистка воды подразумевает полную минерализацию ЩК, т.е. ее полное окисление с образованием углекислого газа и воды.

В Таблице 1 показано влияние размера гранул катализатора на его весовую каталитическую активность, среднюю скорость минерализации ЩК и удельный расход озона на ее окисление. Содержание озона в газовой смеси составляет 10 мг/л, содержание катализатора - 1,2 г/л.

Экспериментально доказано (таблица 1), что размер гранул катализатора в интервале 40-100 мкм позволяет существенно повышать его весовую каталитическую активность и делает возможным при использовании озонокислородной смеси с более низким, чем в прототипе, содержанием озона получать более высокую, чем в прототипе, скорость минерализации ЩК и более низкий, чем в прототипе, удельный расход озона на окисление ЩК.

Экспериментально установлено, что применение катализатора более мелкой фракции (менее 40 мкм) является нецелесообразным, поскольку приводит к существенному увеличению времени его магнитной сепарации. Так, катализатор с размером гранул 40-100 мкм полностью осаждается в постоянном магнитном поле непосредственно в контактной емкости для озонирования за 4 минуты, в то время как катализатор с размером гранул <40 мкм за 4 минуты осаждается лишь на 30% и при дальнейшей его магнитной сепарации полного осаждения не происходит.

В Таблице 2 показано влияние концентрации катализатора на среднюю скорость минерализации ЩК. Содержание озона в газовой смеси составляет 10 мг/л, катализатор фракции 40-100 мкм.

Экспериментально доказано (таблица 2), что концентрация катализатора в диапазоне 0,6-1,2 г/л является оптимальной, поскольку при более низком содержании катализатора (<0,6 г/л) наблюдается существенное снижение средней скорости минерализации щавелевой кислоты, в то время как повышение концентрации катализатора (>1,2 г/л) приводит лишь к незначительному ее увеличению.

Для обеспечения возможности проведения процесса извлечения гранул катализатора из очищенной воды непосредственно в емкости для озонирования в поры катализатора предварительно вводят частицы магнетита Fe3O4.

Количество активированного угля и солей железа (II, III) для приготовления катализатора необходимо подбирать таким образом, чтобы в конечном продукте содержание магнетита Fe3O4 находилось в диапазоне 20-30% масс. При таком содержании магнетита Fe3O4 с одной стороны катализатор будет обладать способностью быстро осаждаться в постоянном магнитном поле, а с другой - характеризоваться высокой каталитической активностью.

В таблице 3 проиллюстрировано влияние содержания магнетита Fe3O4 в катализаторе на его весовую каталитическую активность и способность к магнитной сепарации. Содержание озона в газовой смеси составляет 10 мг/л, концентрация катализатора - 1,2 г/л, катализатор фракции 40-100 мкм.

Экспериментально установлено (таблица 3), что при содержании магнетита Fe3O4 в катализаторе менее 20% масс. последний практически полностью теряет способность к магнитной сепарации, а повышение содержания магнетита в катализаторе более 30% масс. приводит к существенному снижению его весовой каталитической активности.

Экспериментально доказана возможность многократного применения указанного катализатора. При этом потеря активности за цикл составляет не более 10%.

Возможность исключения механического перемешивания озонируемой суспензии в емкости для озонирования также обусловлена более высокой, чем в прототипе, дисперсностью катализатора. Исследования показали, что мелкодисперсные гранулы катализатора размером 40-100 мкм в отличие от гранул размером более 250 мкм, способны равномерно распределяться по объему емкости только за счет осуществления барботажа озонокислородной смеси, т.е. без дополнительного механического перемешивания.

Осуществление заявляемого способа показано на примерах.

Пример 1

Предварительно катализатор готовили следующим образом: 50 г активированного угля измельчали и отбирали фракцию размером 40-100 мкм. Затем активированный уголь суспензировали в 500 мл дистиллированной воды. Отдельно готовили раствор FeCl3, растворяя 12 г соли FeCl3 в 1300 мл дистиллированной воды.

Отдельно готовили раствор FeSO4, содержащий 13 г соли FeSO4 в 150 мл дистиллированной воды. Растворы солей FeCl3 и FeSO4 нагревали до 60°C и интенсивно перемешивали. Образовавшуюся суспензию гидроксидов железа (II, III) смешивали с ранее приготовленной суспензией активированного угля.

Полученную смесь выдерживали 30 мин при комнатной температуре при перемешивании, после чего в нее медленно добавляли концентрированный водный раствор аммиака до получения pH 11. Полученную суспензию выдерживали при перемешивании и температуре 70°C в течение 60 мин и оставляли на 24 часа при комнатной температуре. Затем фильтрованием отделяли твердую фазу от маточного раствора и промывали дистиллированной водой.

Высушивали полученный катализатор на воздухе при 50°C. Содержание включенного в поры активированного угля магнетита Fe3O4 составило 20% масс.

В емкость для озонирования помещали раствор ЩК объемом 500 мл с концентрацией 10 ммоль/л. В раствор загружали высушенный катализатор в количестве 1,2 г/л. После чего осуществляли подачу озонокислородной смеси с расходом 48 л/час и с концентрацией озона 10 мг/л. Процесс проводился в режиме барботажа без механического перемешивания при температуре 30°C.

Концентрацию ЩК в ходе озонирования определяли с помощью анализатора общего углерода TOC-L фирмы Shimadzu (Япония).

В ходе процесса озонирования происходила полная минерализация ЩК (0% общего углерода), средняя скорость минерализации составила 2,50 ммоль/(л·ч) при удельном расходе озона 8,0 моль O3/моль ЩК. Весовая активность катализатора - 2,10 ммоль/(ч·г). После завершения очистки катализатор в течение 4 минут извлекали из обработанной воды методом магнитной сепарации непосредственно в емкости для озонирования путем осаждения под действием постоянного магнитного поля.

Пример 2

Подготовку катализатора осуществляли аналогично Примеру 1.

При приготовлении катализатора брали навеску FeCl3 равную 18 г, и навеску FeSO4 равную 20 г. При этом содержание магнетита Fe3O4 в катализаторе составило 30% масс.

Озонирование осуществляли при концентрации катализатора 0,6 г/л. В ходе озонирования происходила полная минерализация щавелевой кислоты (0% общего углерода), средняя скорость которой составила 2,20 ммоль/(л·ч) при удельном расходе озона 9,1 моль O3/моль ЩК.

Весовая активность катализатора составила 3,67 ммоль/(ч·г). После завершения очистки катализатор в течение 4 мин извлекали из обработанной воды методом магнитной сепарации непосредственно в емкости для озонирования.

Таким образом, заявленный способ позволяет достичь полной очистки воды от щавелевой кислоты при существенном ускорении и удешевлении процесса.

1. Способ очистки воды от щавелевой кислоты в присутствии катализатора, содержащего активированный уголь, включающий подачу озонокислородной смеси в суспензию и извлечение отработанного катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют активированный уголь с размером гранул 40-100 мкм с включенным в поры магнетитом Fe3O4 в количестве 20-30% мас., при этом подачу озонокислородной смеси с концентрацией озона 9-11 мг/л при концентрации указанного катализатора 0,6-1,2 г/л осуществляют в режиме барботажа, а извлечение отработанного катализатора проводят путем магнитной сепарации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор получают путем суспензирования активированного угля в присутствии гидроксидов железа (II, III) при нагреве, создания щелочной среды и отделения твердой фазы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к технологическим процессам утилизации нефтесодержащих отходов и рециклизованных фильтровочных и поглотительных отработанных масс, и может быть использовано на предприятиях нефтегазового комплекса и на предприятиях по переработке отходов.

Группа изобретений относится к области очистки стоков. Предложена система очистки сточных вод (варианты).

Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано при обезвреживании или переработке жидких отходов гальванического производства. Способ восстановления хрома(+6) в отработанных растворах включает смешивание отработанного раствора, содержащего хром(+6), с реагентом-восстановителем и выдерживание полученной реакционной смеси в течение времени, достаточного для превращения хрома(+6) в хром(+3).

Изобретение относится к способам очистки водной среды от нефтепродуктов путем придания этим нефтепродуктам магнитных свойств и может применяться для очистки сточных вод во всех отраслях промышленности и при техногенных катастрофах.

Изобретение относится к устройствам для активации жидкостей и может быть использовано для обработки питьевой и минерализованной воды, физиологических, лечебных растворов, а также крови.

Изобретение относится к устройствам для активации жидкостей и может быть использовано для обработки питьевой и минерализованной воды, физиологических, лечебных растворов, а также крови.

Изобретение относится к способам активации жидкостей и может быть использовано для обработки питьевой и минерализованной воды, физиологических, лечебных растворов, а также крови.

Изобретение относится к электролизной ванне для получения кислой воды. Ванна содержит: корпус 100, оснащенный двумя наполнительными камерами 110а и 110b, разделенными одной ионообменной мембраной 111, при этом каждая из наполнительных камер 110а и 110b снабжена впускными отверстиями 112а и 113а для воды и выпускными отверстиями 112b и 113b для воды, сформированными в камере; первую группу 200 электродов, установленную в наполнительной камере 110а; вторую группу 300 электродов, установленную рядом с ионообменной мембраной 111 в наполнительной камере 110b и имеющую полярность, противоположную первой группе 200 электродов; и третью группу 300' электродов с такой же полярностью, что и вторая группа 300 электродов, установленную в наполнительной камере 110b на заданном расстоянии от второй группы электродов 300.

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к устройствам для подачи в скважину жидких систем. Наземное устройство для подачи в нефтедобывающую скважину жидких систем, преимущественно ингибитора парафиноотложений, включает емкость 1, путепровод 2 для подачи ингибитора в скважину 9 и магнитный блок 3 проточного типа.

Изобретение относится к способам контроля и регулирования химии процесса с нулевым жидким сбросом (ZLD) и может быть использовано в электростанциях. Первую фракцию жидкого стока из устройства для обработки отходов, приходящих из установки обработки дымового газа, направляют в испарительную установку.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способу детоксикации белого фосфора в загрязненной почве. Обеззараживание выполняют путем обработки загрязненной белым фосфором почвы штаммом Trichoderma asperellum ВКПМ F-1087. Способ позволяет проводить детоксикацию почв, содержащих белый фосфор в концентрации до 1,0% мас., превышающих ПДК в 5000 раз. 1 ил.

Изобретение относится к физико-химическим средствам очистки и обезараживанию загрязненных жидких сред. Способ электроочистки и обеззараживания загрязненных жидкостей включает в себя электросорбцию загрязнений путем пропускания жидкости через сегнетокерамический фильтрующий зернистый материал 1, помещенный в знакопостоянное электрическое поле, и последующую десорбцию фильтрующего материала. В качестве зернистого материала используют титанат бария с размером зерен 0,1-3,0 мм, обладающий неоднородной поверхностью, с нанесенным на него покрытием из сополимера стирола с дивинилбензолом, имеющим диэлектрическую проницаемость, сравнимую с диэлектрической проницаемостью фильтрующего материала, при этом во время десорбции фильтрующего материала электрическое поле отключают. Технический результат - увеличение электросорбционной емкости фильтрующего зернистого материала. 3 ил.

Группа изобретений может быть использована для обработки и обеззараживания природных, оборотных и сточных вод до норм питьевой воды. Система содержит ресивер (1) и три роторно-дисковых аппарата-РДА (2,4,6), соединенных последовательно. Каждый РДА (2,4,6) состоит из цилиндрического корпуса с входной и выходной крышками, внутри которого размещен вал с двумя дисками. Между дисками и корпусом выполнен зазор шириной 0.2 мм. На входной и выходной крышках корпуса РДА закреплены трубопроводы (14). На корпусе каждого РДА (2,4,6) в зоне между двумя вращающимися дисками выполнено отверстие для крепления трубки-держателя УФ-лампы (12). Корпус и диски первого РДА выполнены из стали, второго РДА - из латуни, третьего РДА - из латуни с серебряным покрытием толщиной 40 мкм. Вал каждого РДА соединен с валом отдельного электродвигателя (3,5,7). Способ обеззараживания включает последовательную подачу жидкости из ресивера (1) через каскад РДА (2,4,6) с выходом из третьего РДА (6) в накопитель (8) и слив очищенной жидкости в резервуар (13). Облучение жидкости УФ-лампой осуществляют в зоне междискового пространства в корпусе каждого РДА. Изобретения обеспечивают универсальность и высокую степень очистки водных сред от загрязнений, безреагентное обеззараживание до показателей, соответствующих стандартам на питьевую воду, а также позволяют снизить коррозию трубопроводов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к устройству и способу для опреснения морской воды с использованием солнечной энергии для непрерывной подачи тепла и к области опреснения морской воды (включая опреснение внутренней жесткой воды). Изобретение может также применяться в области очистки сточной воды. Устройство содержит систему очистки морской воды и систему опреснения морской воды, в котором система очистки морской воды состоит из скважины для извлечения морской воды, резервуара для стерилизующей очистки морской воды, многостадийного ультрафильтра и резервуара для очищенной морской воды; а система опреснения морской воды состоит из устройства для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла, бака для хранения тепла солнечной энергии, нагревателя очищенной морской воды и многостадийного мгновенного испарителя морской воды. Устройство для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла собирает тепловую энергию солнечного света посредством теплопроводящей рабочей среды в дневное время, сохраняет тепловую энергию солнечного света в баке для хранения тепла солнечной энергии и затем нагревает очищенную морскую воду с помощью теплопроводящей рабочей среды до определенной температуры; горячая морская вода направляется в многостадийный мгновенный испаритель морской воды, и распыляется и испаряется стадия за стадией, и отделяются пресная вода и рассол. Также раскрывается способ опреснения морской воды, использующий солнечную энергию для непрерывной подачи тепла. Устройство для опреснения морской воды, использующее солнечную энергию для непрерывной подачи тепла, может эффективно собирать сравнительно рассеянную солнечную энергию, чтобы нагревать и испарять морскую воду, качество получаемой пресной воды достигает стандартов питьевой воды, и солнечная энергия сохраняется, позволяя непрерывную операцию получения пресной воды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх