СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ СОЕДИНЕНИЙ ХРОМА Российский патент 2012 года по МПК C02F1/28 B01J20/24 C02F101/22 

Изобретение относится к способу очистки вод, загрязненных соединениями хрома (VI) и хрома (III), и может быть использовано при очистке промышленных сточных вод. Источниками попадания хрома (VI) в гидросферу являются металлургическая, машино- и автомобилестроительная промышленность, кожевенные производства, а также текстильная промышленность, предприятия органического синтеза, производство пигментов, фармацевтическая, спичечная, лакокрасочная промышленность. Содержание хрома (VI) в стоках таких производств колеблется от 0,005-0,2 г/л (в промывных водах) до 5-200 г/л (отработанные электролиты) [1,2].

Соединения хрома (VI) в воде находятся в составе анионов и (в кислой и щелочной средах соответственно), а хрома (III) - в виде катиона Cr³⁺, поэтому способы и методы очистки воды от упомянутых соединений отличаются друг от друга по способу и по принципу.

Известен способ адсорбции хрома (VI) восстановлением на активированном угле [3]. Для осуществления этого процесса необходимо постоянно контролировать и корректировать рН водного раствора. За сутки контакта 2 граммов угля в 200 мл раствора (исходная концентрация CrO₃ 100 мг/л) при рН 4 сорбционная объемная емкость (СОЕ) угля достигает 8,25 мг/г, что составляет 82,5% от начального количества оксида хрома (VI). Остаточная концентрация хрома (VI) в растворе 9 мг/л, что составляет 900 ПДК. Предельно допустимые концентрации хрома в воде водоемов хозяйственно-бытового водопользования составляют 0,5 мг/л для хрома (III) и 0,05 мг/л для хрома (VI). Для водоемов рыбохозяйственного водопользования - 0,005 и 0,001 мг/дм³ соответственно.

Известен способ [4] удаления хрома (VI) из кислого водного раствора, включающий обработку раствора до оптимальной величины рН, контакт раствора и адсорбента. В качестве адсорбента и/или восстановителя используют семена люцерны и/иди клевера. Восстановленный хром (III) удаляют из раствора сорбцией на катионитах или осаждением гидроксида нейтрализацией раствора щелочными реагентами.

Недостатками описанных выше способов-аналогов являются: низкая эффективность и дороговизна в связи с высокой ценой применяемых сорбентов-восстановителей (активированный уголь, семена люцерны или клевера). Кроме того, в способах не указаны пути утилизации и/или обезвреживания отработанных сорбентов, которые в окружающей среде могут быть источниками соединений высокотоксичного хрома.

Наиболее близким к настоящему является способ [5] удаления хрома из кислых водных растворов с использованием семян фасоли в качестве сорбента-восстановителя. Показано [5], что кожица фасоли поглощает (восстанавливает) преимущественно хром (VI), а ее семядоли - хром (III). То есть в разных участках семян находятся разные формы хрома. Это не позволяет регенерировать хром (III) из фасоли даже при полной деструкции семян. В результате получается смесь соединений хрома (III) и хрома (VI).

Недостатками прототипа являются:

- использование дорогого пищевого материала в качестве сорбента.

- неполное восстановление хрома (VI), в результате чего отработанные семена фасоли становятся высокотоксичными и невостребованными отходами. Это создает дополнительные технические и экологические проблемы;

Задача изобретения - создание усовершенствованного способа очистки воды от соединений хрома с применением доступных и недорогих сорбентов, обеспечивающих полное количественное удаление из воды хрома (VI) и хрома (III).

Технический результат - качественная очистка воды с последовательным применением сорбентов-восстановителей (волосы и сульфоуголь соответственно). Регенерацию хрома осуществляют сжиганием отработанных сорбентов.

Это достигается тем, что в способе очистку воды в кислой среде от соединений хрома осуществляют сорбентами, которые восстанавливают хром (VI) и сорбируют катионы хрома (III) матрицей сорбента. В качестве сорбентов последовательно применяют волосы и сульфоуголь, а регенерацию хрома в виде оксида хрома (III) осуществляют сжиганием или пиролизом отработанных сорбентов.

Примеры 1-7. Семь образцов исходного раствора CrO₃ объемом по 0,1 литр, концентрацией 41 мг/л в расчете на хром при рН 2 выдерживали в течение суток в контакте с сорбентами массой по 2,5 г. Результаты экспериментов представлены в табл.1.

Как видно из табл.1 (пункт 2), наилучшим сорбентом следует признать волосы.

Пример 8. Начальную очистку воды от хрома осуществили с применением волос в качестве сорбента, рН_о 2,5, V (раствора) = 0,5 л, m (волос) = 12,5 г, С (хром) = 100 мг/л.

Как видно из примера 8, очищенная вода удовлетворяет гигиеническим требованиям и по хрому (VI), и по хрому (III).

Утилизацию отработанных сорбентов, содержащих хром (III) и хром (VI), осуществляли сжиганием или пиролизом. Остаток после прокаливания представляет собой оксид хрома (III). Хром (VI) в остатке не обнаружен.

Таким образом, преимущество предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в том, что способ позволяет очистить воду до достижения требуемых санитарных норм и ПДК, применяя доступные и недорогие сорбенты. Утилизацию отработанных сорбентов осуществляют их сжиганием или пиролизом, что позволяет регенерировать хром в виде его оксида (III).

Литература

1. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - M.: Металлургия, 1980. 195 с.

2. Цао Чжун Хуа. Очистка сточных вод кожевенных заводов от соединений хрома. // Экология и промышленность России, март 1999. 14-15 с.

3. Способ адсорбции хрома (VI) на активированном угле. RU 2091318. Опубликовано 27.09.1997.

4. Способ удаления хрома (VI) из водного раствора. RU №2110481. Опубликовано 10.05.1998.

5. Способ удаления хрома (VI) из водного раствора. RU №2129096. Опубликовано 20.04.1999.

Изобретение может быть использовано при очистке промышленных сточных вод, содержащих хром (VI) в виде хромат- и дихромат-ионов, в металлургической, машино- и автомобилестроительной промышленности, кожевенных производствах, а также в текстильной промышленности, на предприятиях органического синтеза, в производстве пигментов, фармацевтической, спичечной, лакокрасочной промышленности. Для осуществления способа проводят очистку воды от соединений хрома путем восстановления хрома (VI) и сорбцией катионов хрома (III) матрицей сорбента. В качестве сорбента последовательно применяют волосы и сульфоуголь. Регенерацию хрома в виде оксида хрома (III) осуществляют сжиганием или пиролизом отработанных сорбентов. Использование предложенного изобретения позволяет упростить и усовершенствовать процесс очистки хромсодержащих сточных вод, а также расширить ассортимент сорбционных материалов, обеспечивающих полное количественное удаление из воды хрома (VI) и хрома (III). При этом не происходит образования отходов и шламов, а хром регенерируют в виде оксида хрома (III). 2 табл., 8 пр.

Способ очистки воды от соединений хрома в кислой среде сорбентами, восстановлением хрома (VI) и сорбцией катионов хрома (III) матрицей сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбентов последовательно применяют волосы и сульфоуголь, а регенерацию хрома в виде оксида хрома (III) осуществляют сжиганием или пиролизом отработанных сорбентов.