СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ГАЗОВ, ИОНОВ МЕТАЛЛОВ И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/48 

Изобретение относится к способам очистки воды от газов, ионов металлов и органических соединений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для очистки сточных вод производственных и хозяйственных предприятий и т.п.

Известно устройство для обеззараживания воды электрическими разрядами, состоящее из генератора высоковольтных импульсов, воздушного разрядника, технологической камеры с электродной системой и емкости для обеззараживания воды, снабженное узлом откачки озона из разрядника, установленным между разрядником и емкостью для обеззараживаемой воды [1]
Недостатком этого устройства является его неэффективность по очистке воды от примесей тяжелых металлов и многих органических соединений. Примеси C⁶⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ и других металлов при действии озона не претерпевают изменений, как, например, хлорпроизводные ароматические соединения. Наоборот, наработка в электрическом разряде двуокиси азота и ее растворение в воде приводят к образованию нитритов и нитратов и снижению pH среды, что повышает растворимость многих соединений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ очистки сточных вод от ионов металлов [2] Согласно этому способу, сточные воды обрабатывают металлсодержащим агентом с последующим отделением осадка, причем в качестве металлсодержащего реагента используют ультрадисперсные порошки (УДП) алюминия и (или) железа, полученные электрическим взрывом проводников (ЭПВ) в защитной газовой среде, в количестве 200 500 мг/л.

Недостатком данного способа является большая длительность процесса очистки из-за недостаточной активности ультрадисперсных порошков, что связано с их получением в химически инертной газовой атмосфере и последующей пассивацией УДП на воздухе. При этом происходит их охлаждение и часть вещества переходит в оксиды-гидроксиды (до 15 мас.).

Основной технической задачей предложенного нами технического решения является повышение эффективности способа очистки воды от ионов тяжелых металлов, органических соединений и газов. По сравнению с прототипом расход реагента уменьшается на 25% и более. Кроме того, в предложенном способе не требуется операций по пассивированию, затариванию и хранению ультрадисперсных порошков, что снижает затраты на очистку воды от примесей по сравнению с прототипом.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки воды от газов, ионов металлов и органических соединений, включающем обработку воды ультрадисперсными порошками металлов, полученными электрическим взрывом проводников этих металлов, и отделение осадка, согласно предложенному решению, проводники перед взрывом размещают непосредственно в очищаемой воде или над этой водой, или в воздушно-водяной смеси, а затем взрывают, при этом соотношение вводимой в проводники энергии к энергии сублимации материала проводников составляет 0,6 1,1, а массу взрываемых проводников выбирают в пределах 50 150 мг на 1 л очищенной воды.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. В разрядную камеру наливали 1 л модельного водного раствора, содержащего ионы хрома с концентрацией 1 мг/л и меди 5 мг/л. Алюминиевую проволочку помещали в очищаемый раствор и диспергировали мощными импульсами тока так, что отношение введенной в проводник энергии к энергии сублимации материала проводника (e/e_c) составляло 0,9. Общая масса взорванного алюминиевого проводника составляла 100 мг/л. Одновременно с электрическим взрывом происходило окисление образующего порошка. Затем отделяли осадок путем отстаивания. Остаточное содержание ионов хрома в воде определяли фотокалориметрическим методом.

Как следует из табл. 1, при обработке воды достигается практически полная очистка воды от ионов металлов при добавлении алюминия в количестве более 50 мг. Если добавлять алюминия меньше 50 мг/л, то очистка воды происходит недостаточно и количество ионов металлов превышает ПДК. Больше 150 мг/л алюминия добавлять нецелесообразно, т.к. очистка происходит уже при добавлении 50,0 мг/л. Таким образом, оптимальным является добавление 50 150 мг/л алюминия.

Как представлено выше, проводилась очистка воды от ионов хрома путем электрического взрыва алюминиевых проводников при изменении введенной в проводник энергии. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что при обработке воды практически полное удаление примесей происходит при e/e_c≥0,6, но ≤1,1. При e/e_c<0,6 введенной в проводник электрической энергии не- достаточно, чтобы достичь высокой дисперсности и активности продуктов взрыва, а при e/e_c>1,1 продукты взрыва сильно активные и взаимодействуют преимущественно с водой, а не с примесями. Следовательно, оптимальным является диапазон вводимой энергии 0,6 1,1 e/e_c.

Пример 2. Обработке подвергают воду, содержащую растворенный кислород в количестве 12 мг/л. Содержание кислорода определяли методом иодометрии. Обработку воды проводили как в примере 1.

Из табл. 3 следует, что при обработке воды достигается практически полная очистка воды от кислорода, если добавлять более 59 мг/л алюминия. Больше 150 мг/л добавлять нецелесообразно, т.к. эффект очистки уже достигнут.

Пример 3. обработке подвергают воду, содержащую 25 мг/л нитробензола. Исходную концентрацию до обработки воды и после обработки определяли методом жидкостной хроматографии.

Обработку воды проводили как в примере 1. Результаты экспериментов приведены в табл. 4.

Из табл. 4 следует, что при обработке воды практически полная очистка от нитробензола достигается, если добавлять 50 мг/л и более алюминия. Более 150 мг/л реагента нецелесообразно, т.к. эффект очистки достигнут.

Аналогичные результаты получены при обработке воды, содержащей α-хлорнафталин, хлорбензол, хлористый бензил, а также при использовании вместо УДП алюминия другого реагента УДП железа.

Использование: изобретение относится к способам очистки воды от газов, ионов металлов и органических соединений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для очистки сточных вод производственных предприятий и т.п. Способ позволяет повысить эффективность очистки воды от ионов металлов, органических соединений и газов, снизить затраты на очистку воды от примесей. Сущность: способ включает обработку воды ультрадисперсными порошками металлов, полученными электрическим взрывом проводников этих металлов, и отделение осадка. Проводники размещают непосредственно в очищаемой воде или над водой, или в воздушно-водяной смеси, а затем взрывают, при этом соотношение вводимой в проводники энергии к энергии сублимации материала проводников составляет 0,6 - 1,1, а массу взрываемых проводников выбирают в пределах 50 - 150 мг на 1 л очищенной воды. 4 табл.

Способ очистки воды от газов, ионов металлов и органических соединений, включающий обработку воды ультрадисперсными порошками металлов, полученными электрическим взрывом проводников этих металлов, и отделение осадка, отличающийся тем, что проводники перед взрывом размещают непосредственно в или над очищаемой водой или в воздушно-водяной смеси, а затем взрывают, при этом отношение вводимой в проводники энергии к энергии сублимации материала проводников составляет 0,6 1,1, а массу взрываемых проводников выбирают в пределах 50 150 мг на 1 л очищенной воды.