СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 1999 года по МПК C12H1/02 C02F1/28 

Изобретение относится к способам обработки жидких сред, таких как соки, вина, напитки, а также может использоваться для очистки природных вод в процессах подготовки воды питьевого качества и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Известен способ применения глинистых минералов, активированных щелочными реагентами, для обработки соков, вин и напитков [1].

К недостаткам данного способа относятся большие гущевые осадки, активированный кальцинированной содой бентонит не сорбирует катионы тяжелых металлов и недостаточно эффективен относительно липидов.

Известно применение глинистых минералов, активированных органическими и минеральными кислотами [2,3].

К недостаткам способа относятся сложность регулирования степени разрешения при активации минералов, вследствие чего их сорбционная способность относительно ионов тяжелых металлов и мутящих компонентов уменьшается.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки напитка по А.С. N 1684332 [4].

К недостаткам способа относятся: а) способ эффективен лишь для удаления или снижения концентрации катионов меди; другие катионы металлов - железо, цинк, свинец, кадмий не сорбируются реагентом по способу-прототипу; б) использование сульфидов калия или натрия для активации глинопорошков приводит к появлению в водных средах сероводорода, придающего неприятный тон воде и напиткам; если в виноматериалах имеются ферментные системы, инактивирующие H₂S, то в воде или спирто-водных напитках таких ферментов нет и сероводородный тон проявляется сразу же после их обработки; в) слабая осветляющая способность при обработке природных и сточных вод.

Задачи заявляемого способа:
- улучшение качества осветления и деметаллизации соков, вин и напитков;
- уменьшение концентрации ионов тяжелых металлов, взвешенных веществ и нефтепродуктов при очистке и кондиционировании природных и сточных вод.

Поставленные задачи достигаются тем, что в заявляемом техническом решении глинистый минерал активируют (модифицируют) производными щелочного гидролиза глицеридов в количестве 0,5 - 12,0% от массы глинистого минерала, а для проведения гидролиза применяют щелочной реагент в количестве 0,5 - 5,0% от массы глинистого минерала.

В качестве глинистого минерала используют глинопорошки палыгорскита или гидрослюды, или бентонина, или каолинита, или их смеси.

Отличительными особенностями заявляемого способа в сравнении с прототипом являются следующие: в качестве активатора используются продукты щелочного гидролиза глицеридов, т.е. реакции взаимодействия глинистого минерала с производными три-, ди-, моноглицеридов, жирными кислотами, глицерином протекают в щелочной среде при избытке щелочного реагента. При этом в качестве щелочного реагента применяют едкий натр или едкий калий, или карбонаты калия или натрия и т.п., не обладающие посторонним неприятным запахом и не портящими органолептику обрабатываемого продукта. Кроме того, перечисленные реагенты разрыхляют глинопорошки и увеличивают их реакционную способность, обеспечивая качественное осветление соков, вин, напитков и вод.

В соответствии с вышеописанным одновременно происходят следующие физико-химические преобразования: диспергирование глинистого минерала практически до элементарных пакетов под действием щелочного реагента, гидролиз глицеридов в щелочной среде с образованием производных меньшей молекулярной массы, например моноглицеридов или жирных кислот, или их солей, взаимодействие элементарных пакетов с низкомолекулярными производными глицеридов с формированием гидрофильного органо-минерального комплекса.

Полученный органо-минеральный комплекс обладает высокой агрегативной устойчивостью: суспензии минералов, приготовленные по заявляемому способу, не расслаиваются и сохраняют высокую удельную поверхность и реакционную способность в течение 1-2 месяцев. Учитывая химический состав и строение реагентов-активаторов (модификаторов), можно предположить, что на поверхности органо-минерального комплекса аккумулируются в основном отрицательно заряженные активные центры, что обеспечивает в сравнении с прототипом и аналогами, большую сорбцию катионов металлов. Удельная поверхность в заявляемом способе значительно выше, чем в аналоге и прототипе, поэтому активированный (модифицированный) глинистый минерал сорбирует значительно большее количество мутящих компонентов, нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Таким образом, сформированный на основе глинистого минерала органо-минеральный комплекс проявляет новое, ранее неизвестное свойство - способность наиболее полно и комплексно удалять из жидких сред катионы тяжелых металлов совместно с органическими веществами.

Способ осуществляется следующим образом: одновременно смешивают порошкообразный глинистый минерал с сухим щелочным реагентов, например едким натром, едким калием, карбонатом калия, карбонатом натрия и т.п. глицеридами до образования однородной массы. На основе этой смеси приготавливается водная суспензия, в которой под действием щелочи происходит гидролиз высокомолекулярных глицеридов до образования до-, моноглицеридов, а также жирных кислот и их солей. Приготовленная таким образом суспензия дозируется в обрабатываемые жидкие среды (вино, соки, напитки, природные и сточные воды и т.п.) в количестве, устанавливаемом методом пробной коагуляции (оклейки).

Суспензия глинистого минерала по заявляемому способу может применяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими сорбентами, коагулянтами, флокулянтами.

Основными показателями, обуславливающими эффективность способа, являются количество глицеридов и щелочного реагента.

В качестве критериев оценки эффективности действия активированного глинистого минерала для всех обрабатываемых объектов выбрана величина коэффициента светопропускания (Т, %) при длине волны 440 нм и длине кюветы 10 мм для вин и соков и длине кюветы 50 мм для водных объектов.

Анализ экспериментальных данных (таблица 1) показал, что независимо от типа минерала и вида обрабатываемой жидкой среды оптимальное количество глицеридов колеблется в пределах 0,5 - 12,0%, а щелочного реагента 0,5 - 5,0% от массы минерала. Увеличение количества глицеридов свыше 12,0% ухудшает качество осветления соков и вин и снижает эффективность очистки воды, что, возможно, связано с "защитным" действием производных глицеридов, проявляющих при повышенных концентрациях свойства дисперсантов. Увеличение количества щелочного реагента сверх 5,0% не эффективно и не рационально с экономической точки зрения, т.к. не способствует улучшению действия глинистого минерала. Уменьшение количества глицеридов и щелочного реагента менее 0,5% не позволяет достичь качественного осветления: виноматериалы и соки опалесцируют, а вода остается мутной.

Эффективность заявляемого способа в сравнении с известными экспериментально проверена при обработке вина и сточных вод рубероидного производства (таблица 2) и иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Каждый из указанных объектов исследования обрабатывали бентонитом, активированным едким натрием. Среду тщательно перемешивали и оставляли в покое до завершения флокуляции. По окончании осветления сред в них определяли коэффициент светопропускания, остаточные концентрации катионов металлов, а для сточной воды - нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Пример 2. В обрабатываемую среду (воду) добавляли 20%-ную суспензию палыгорскита активированного K₂S (8,5 мг соли на 1 г минерала) из расчета 3 г минерала на 1 л. Среду тщательно перемешивали в течение 20 мин. Виноматериалы выдерживали 24 ч до завершения процесса осветления. Осадки, образовавшиеся при обработке сточных вод, отделяли центрифугированием.

Пример 3. В порошкообразный глинистый минерал добавляли щелочной реагент и глицерид. Смесь тщательно перемешивали. К 500 мл сточной воды добавляли подготовленную смесь в количестве 80 мг/л, среду перемешивали 20 мин и центрифугировали.

Для обработки вина из подготовленной сухой смеси готовили 10%-ную водную суспензию. В вино вносили суспензию из расчета 3 г минерала на 1 л, т.е. на 100 мл вина 3 мл 10%-ной суспензии. Среду перемешивали и оставляли в покое о полного завершения осветления и формирования осадка.

В пп. 3.1-3.10 изменяли количество и тип глицеридов, щелочного реагента: 3.1 и 3.6 -едкий натр и моноглицерид стеариновой кислоты; 3.2 и 3.7 -карбонат калия и олеиновая кислота; 3.3 и 3.8 -карбонат натрия и техническое растительное масло; 3.4 и 3.9 -едкий калий и триглицерид; 3.5 и 3.10 - карбонат натрия и линолевая кислота.

Аналогичные данные были получены при обработке сырой воды, поступающей на водоподготовку на фильтровальную станцию Таманского водовода и содержащую до обработки катионы железа (общ.)- 2,2 мг/л, меди - 1,4 мг/л, мышьяка - 0,05 мг/л, цинка - 2,3 мг/л. После обработки воды палыгорскитом, активированным оптимальными количествами глицерида (4,5%) и щелочного реагента (сода 2,0%) перечисленные катионы полностью перешли в осадок, а количество взвешенных веществ уменьшилось с 31 до 2 мг/л.

Сопоставляя данные таблицы 2, следует отметить, что известные способы не позволяют достичь степени очистки, аналогичной заявляемому способу. При этом высокая эффективность получена на различных минералах, глицеридах и щелочных реагентах, что позволяет гибко и целенаправленно варьировать их типом и количествами в пределах, указанных в формуле изобретения.

Способ находится на стадии опытно-промышленных испытаний, проводимых на OAO "Уралмаш" (г. Екатеринбург.).

(56) 1. Таран Н.Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1983, 284 с.

2. Архипов Э.Л. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. -Ташкент: Изд-во ФАН СССР, 1970, 250 с.

3. Надиров Н. К. Теоретические основы активации и механизма действия природных сорбентов в процессе осветления растительных масел- М: Пищевая промышленность, 1973, 1973, 352 с.

4. Авторское свидетельство СССР N 1684331, 1991.

Использование: виноделие, пищевая промышленность, при водоподготовке и очистке сточных вод и нефтепродуктов. Способ обработки жидких сред предусматривает активирование глинистого минерала производными щелочного гидролиза глицеридов - обработка ведется в сухом виде одновременно глицеридом и щелочным реагентом. Полученный продукт содержит в своем составе активные химические группировки, положительно влияющие на процессе коагуляции и флокуляции, и обладает высоким уровнем адсорбции. Данный способ позволяет повысить качество осветления, снижение концентрации ионов тяжелых металлов и взвешенных частиц при водоподготовке и очистке сточных вод, а также снижение концентраций до уровня предельно допустимых пределов при очистке нефтепродуктов. 2 табл.

Способ обработки жидких сред, предусматривающий введение в жидкую среду глинистых минералов, активированных щелочными реагентами, отличающийся тем, что в качестве реагентов-активаторов используют производные щелочного гидролиза глицеридов в количестве 0,5 - 12,0% от массы глинистого минерала, а щелочной реагент для проведения гидролиза - в количестве 0,5 - 5,0% от массы глинистого минерала.