СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/72 C02F1/46 

Изобретение относится к способам окислительной деструкции органических загрязнений природных, оборотных и сточных вод и может быть использовано в очистке природных и сточных вод от нефтепродуктов, пестицидов, хлорорганических, нитроароматических соединений, красителей и других веществ, опасных для здоровья человека и окружающей среды.

Известен способ очистки сточных вод от органических загрязнений реактивом Фентона с использованием катализатора - сульфата железа (II) [1]. Удельный расход пероксида водорода на деструкцию фенольных соединений составил 39,0 моль/моль при содержании Fe⁺² 400 мг/л, исходных концентрациях фенольных соединений 30-40 мг/л, времени реакции - 60 минут, pH 3,0.

Недостатками способа являются повышенный расход окислителя и катализатора, а также длительность процесса деструкции.

Известен способ окислительной деструкции органических загрязнений кислородом воздуха и пероксидом водорода с использованием углей, имеющих связанные в поверхностные комплексы каталитически активные ионы металлов (Fe(II), Fe(III) [2]. При этом степень очистки по фенолу достигает 88% при исходной концентрации 10-50 мг/л и времени контакта - более 60 минут.

Недостатками способа является необходимость предварительной подготовки гетерогенных катализаторов, недостаточная степень очистки по органическим загрязнениям и продолжительность процесса деструкции.

Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод от органических примесей обработкой пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора - сидерита [3] . Степень очистки сточных вод от фенола через 1 час после введения реагентов достигает 99,8% при исходной концентрации 0,05 моль/л и удельном расходе пероксида водорода 30 моль/моль.

Недостатками данного способа являются повышенный расход окислителя и длительность процесса деструкции.

Цель изобретения - сокращение продолжительности, снижение удельного расхода окислителя и упрощение процесса при сохранении высокой степени очистки воды от органических соединений за счет каталитической деструкции в процессе гальванокоагуляции в присутствии пероксида водорода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки сточной воды от органических примесей, включающем ее пропускание с предварительно введенным кислородом и пероксидом водорода через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала, в качестве катализатора окислительной деструкции используют соединения железа, генерируемые непосредственно в процессе очистки, при этом происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары H₂O₂/Fe⁺², а пероксид водорода берут в количестве 20-40% от стехиометрически необходимого.

Сущность изобретения заключается в жидкофазной окислительной деструкции органических загрязнителей, присутствующих в воде, методом гальванокоагуляции в присутствии пероксида водорода.

В результате работы короткозамкнутого гальванического элемента Fe-C происходит растворение железа и его интенсивное окисление до Fe(II,III). При добавлении в обрабатываемую воду пероксида водорода в процессе гальванокоагуляции реализуются условия для существования в проточном режиме системы Фентона Fe⁺²-H₂O₂:
Fe⁰ - 2e ---> Fe²⁺
Fe²⁺ + H₂O₂ ---> Fe³⁺ + НО^. + OH^-
Fe²⁺ +^.OH ---> Fe³⁺ + OH^-
.OH + H₂O₂ ---> HO₂ ^. + H₂O
При этом влияние O₂ осуществляется не через исходные компоненты, а через промежуточные продукты, образующиеся в системе Fe²⁺ -H₂O₂-S (S - органический субстрат). Первичным продуктом окисления органических веществ реагентом Фентона является субстратный радикал R•α

, который обладает восстановительными свойствами и, следовательно, эффективно реагирует с O₂:
R•α+O₂→ RO•2
Как показали эксперименты, для эффективного протекания процессов деструкции органических примесей достаточно ввести в раствор всего 20 - 30% требуемого по стехиометрии количества пероксида водорода, что свидетельствует о том, что пероксид водорода расходуется только на активирование окисляемых субстратов с образованием промежуточных радикалов, которые затем окисляются кислородом воздуха. Необходимое для окисления органических субстратов количество оксильных радикалов образуется при взаимодействии ионов Fe(II), непрерывно генерируемых в процессе окисления железного скрапа, с молекулярным кислородом. Дополнительно окислительные процессы интенсифицируются каталитическим взаимодействием оксильных радикалов и кислорода с окисляемыми субстратами на поверхности углеродсодержащего материала, модифицированного ионами железа.

Способ подтверждается следующими примерами:
Пример 1. Модельные растворы с исходной концентрацией n-фенилендиамина 20 мг/л подвергают гальванокоагуляционной обработке без добавления пероксида водорода и в его присутствии, взятого в требуемом по стехиометрии количестве. Продолжительность контакта загрузки с раствором составляет 5 мин. Эффект очистки без добавления окислителя составляет 20%. После гальванокоагуляции в присутствии пероксида водорода n-фенилендиамин не обнаружен.

Пример 2. Модельные растворы, содержащие пирокатехин в концентрациях 20 мг/л, подвергают гальванокоагуляционной обработке без добавления пероксида водорода и в его присутствии. Расход пероксида водорода по стехиометрии составляет 14 моль/моль. Продолжительность обработки 5 мин. Эффект очистки в отсутствии пероксида водорода составляет 50%, в случае обработки с добавлением пероксида водорода пирокатехин не обнаружен.

Пример 3. Модельные растворы фенола с исходной концентрацией 20 мг/л подвергают гальванокоагуляционной обработке в присутствии пероксида водорода. Продолжительность контакта 5 мин. После гальванокоагуляционной обработки с добавлением пероксида водорода в количестве 30-100% от стехиометрически необходимого фенол не обнаружен.

Пример 4. Проводят гальванокоагуляционную очистку промывных вод окислительного крашения меховой овчины в черный цвет, содержащих 19 мг/л окислительных красителей, без добавления пероксида водорода и в его присутствии. Продолжительность обработки 30 мин. Степень очистки без добавления пероксида водорода составляет 44%, в то время как эффективность очистки в его присутствии составляет 83%.

Области практического применения: очистка природных, оборотных и сточных вод от нефтепродуктов, пестицидов, хлорорганических, нитроароматических соединений, красителей и других трудноокисляемых токсичных загрязнений.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: высокая эффективность гальванокоагуляционной очистки воды от органических загрязнений в режиме окислительной деструкции в присутствии пероксида водорода, а именно повышение производительности и эффективности процесса очистки воды при одновременном снижении затрат на его проведение. Предлагаемый метод не вызывает вторичного загрязнения, повышения солесодержания.

Литература
1. Окислительная очистка фенолсодержащих сточных вод термической переработки сланцев / Прейс С.В., Каменев С.Б., Каллас Ю.И. // Химия и технология воды, 1994, 16, N 1, c.83-91.

2. Применение угольных катализаторов для окислительно-деструктивной очистки сточных вод / Тарковская И.А., Ставицкая С.С., Лукьянчук В.М., Тарковская Г.В.// Химия и технология воды, 1993, 15, N 7-8, с.578-583.

3. А. с. 1386585 СССР, МКИ⁴ C 02 F 1/72. Способ очистки сточных вод / И. И. Василенко, А.Н. Федосова, Н.М. Шевель - Опубл. 07.07.88, бюл. N 13.

Способ предназначен для окислительной деструкции органических загрязнений природных, оборотных и сточных вод. Сточную воду пропускают через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала в присутствии кислорода воздуха и пероксида водорода. В качестве катализатора окислительной деструкции используют соединения железа, генерируемые непосредственно в процессе очистки, при этом происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары H₂O₂/Fe²⁺, а пероксид водорода берут в количестве 30 - 40% от стехиометрически необходимого. Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: повышение производительности и эффективности процесса очистки воды при одновременном снижении затрат на его проведение. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ очистки сточных вод от органических примесей обработкой пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора, отличающийся тем, что используемые в качестве катализатора соединения железа получают непосредственно в процессе очистки при пропускании сточных вод через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала в присутствии кислорода воздуха. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары Н₂О₂/Fe²⁺, а пероксид водорода берут в количестве 30 - 40% от стехиометрически необходимого.