ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/62 B01J20/26 C02F101/20 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки водных сооружений, питьевых вод; в фармацевтической промышленности при контроле препаратов на основе лекарственных растений с широкими возможностями экоаккумуляции тяжелых металлов (ТМ) пищевой промышленности. Тяжелые металлы являются одной из составных частей компонентов промышленных стоков (Авакян З.А., 1967; Зигель X., Зигель А., 1993).

Контроль за степенью загрязнения вод тяжелыми металлами и очистка водоемов от тяжелых металлов, поступающих с промышленными стоками, являются важной проблемой сохранения их чистоты и здоровья населения (Методы исследования тяжелых металлов в загрязненных и разбавленных сточных водах. - М.: Колос, 1969. с.68).

Задача прогнозирования определяется необходимостью защиты природных водоемов от загрязнения тяжелыми металлами с целью сохранения здорового экологического состояния водоема и допустимых нормативов воды.

Известны химические, физико-химические, физические и биологические методы очистки природной, питьевой и сточной вод, в основе которых положены следующие принципы [1-3]:

- химический процесс очистки воды заключается в ее хлорировании или озонировании. Сейчас способ очистки воды хлорированием уже устарел; озонирование же - технология хоть и хорошая, но весьма дорогостоящая и сложная;

- физический способ очистки - кипячение. Этот способ, с одной стороны, полностью очищает воду от любых болезнетворных организмов, но с другой стороны, такой принцип очистки воды не позволяет избавиться от различных химических загрязнений. Другая технология физической очистки - это облучение воды ультрафиолетом. При этом уничтожаются все вредные микроорганизмы, а вода при этом обрабатывается вредными для здоровья химикатами;

- биологический метод очистки воды заключается в использовании микроорганизмов, способных питаться тяжелыми токсичными металлами и тем самым уничтожать их, очищая воду. Но этот метод требует больших финансовых затрат.

Мембранная очистка воды заключается в работе активированного угля в качестве сорбента, задерживающего все возможные примеси (органические частицы, бактерии, химические вещества). Очистка воды с помощью обратного осмоса делает жидкость очень чистой, практически дистиллированной. Обратный осмос через фильтры для очистки воды проходит достаточно стабильно и качественно, однако и он имеет некоторые недостатки: этот способ очистки воды

1) недостаточно экономичен, т.е. фильтры за сутки могут пропустить не более 25 литров воды;

2) лишает не только вредных, но и полезных элементов, что негативно сказывается на общем качестве воды и ее потребительских свойствах.

Существенным недостатком этих методов при анализе вод является сложность исполнения и высокая стоимость, так как они требуют специального оборудования. Как видно из вышеизложенного, для очистки вод применяют различные методы, в целом каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Задача предлагаемого изобретения - разработка более доступных, экономичных, простых в исполнении и экспрессных методов очистки вод, для которых наблюдается превышение ПДК по таким токсичным металлам, как хром, марганец, цинк, медь, свинец и кадмий в стоках.

Заявляемый способ неизвестен из уровня техники, т.е. является новым.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Новизной заявляемого способа является то, что впервые в процессе очистки вод от меди, свинца, цинка, кадмия, хрома и марганца в концентрациях, превышающих ПДК, предлагается использовать смесь двух сорбентов с иммобилизованными органическими реагентами:

1) АВ-17 с иммобилизованным 2-{2-(α-2-окси-5 сульфофенилазо}-бензилидин гидразин бензойная кислота (ОСФБГБК);

2) силикагель, обработанный хлоридом цетилпиридиния с иммобилизованным 2,6,7-триоксифенилфлуороном (ТОФ).

Сущность изобретения заключается в том, что воду пропускают в динамическом режиме через колонку со смесью двух модифицированных сорбентов в соотношении 2:1, полученных путем иммобилизации селективных органических реагентов 2-{2-(α-2-окси-5 сульфофенилазо}-бензилидин гидразин бензойная кислота на анионит высокоосновный АВ-17 и силикагель, обработанный хлоридом цетилпиридиния с иммобилизованным 2,6,7-триоксифенилфлуороном, затем модифицированные сорбенты одновременно извлекают из водной среды на твердую фазу медь, цинк, свинец, кадмий, хром и марганец, при этом 100 дм³ воды очищается 20 г смеси сорбентов в течение часа. После чего смесь сорбентов регенерируется 20 мл 4М раствора HCl до отрицательной реакции на ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Cr³⁺ и Mn²⁺.

Конкретный пример выполнения

К 1 л анализируемой воды добавляли 6 мл разбавленной (1:1) серной кислоты и 1,0 г персульфата аммония для разрушения комплексов меди, свинца, кадмия, цинка, хрома и марганца с органическими примесями, содержащимися в сточных водах. Пробу кипятили 10-15 минут и оставляли в течение одного часа. При необходимости воду после охлаждения отфильтровывали от механических примесей. Избыток кислоты нейтрализовывали добавлением 10%-ного раствора аммиака до нейтральной среды. Затем воду пропускали через колонку, заполненную смесью модифицированных сорбентов в динамическом режиме. В качестве сорбентов использовали:

1) анионит высокоосновный АВ-17 с иммобилизованной ОСФБГБК для группового извлечения кадмия, свинца, меди и цинка;

2) силикагель, обработанный хлоридом цетилпиридиния с иммобилизованной ТОФ для группового извлечения хрома и марганца.

Пробу пропускают через колонку диаметром 2 см и высотой 10 см, заполненную смесью модифицированных сорбентов (АВ-17-ОСФБГБК и СГ-ЦП-ТОФ) в соотношении 2:1. После очистки воду проверяют на содержание остаточных количеств ТМ атомно-абсорционным методом.

Степень очистки от тяжелых металлов осуществляли в стоках завода «Авиаагрегат» и воды канала имени «Октябрьской революции» до очистительных сооружений г. Махачкалы.

Результаты определения представлены в таблице.

Элемент Содержание тяжелых металлов, мг/л ПДК До очистки После очистки Стоки завода «Авиаагрегат» Вода канала «Октябрьской революции» Стоки завода «Авиаагрегат» Вода канала «Октябрьской революции» Cr 0,62±0,02 0,35±0,02 0,0033 0,0017 0,20 Mn 0,28±0,03 0,16±0,03 0,0015 0,0009 0,10 Cu 0,69±0,02 0,32±0,02 0,0021 0,0012 1,0 Zn 0,75±0,02 0,43±0,02 0,0025 0,0022 0,60 Pb 0,36±0,03 0,22±0,02 0,0000 0,0000 0,03 Cd 0,020±0,004 0,014±0,005 0,0000 0,0000 0,001

ПДК - для вод культурно-бытового водопользования.

Как видно из таблицы, содержание хрома и марганца почти в три раза превышает предельно допустимые концентрации; для свинца и кадмия в десятки и более раз наблюдается превышение ПДК, а для цинка небольшое превышение в стоках завода «Авиаагрегат».

Превышение ПДК для Cr, Mn, Pb и Cd наблюдается и в водах канала им. «Октябрьской революции».

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о высокой степени загрязненности промышленных стоков завода «Авиаагрегат» и канала им. «Октябрьской революции», что свидетельствует о необходимости очистки до поступления в открытые водоемы.

В очищенной воде содержание тяжелых металлов ниже ПДК.

Новизной заявляемого способа является то, что впервые в процессе очистки от хрома, цинка, меди, марганца, свинца и кадмия в концентрациях, превышающих предельно допустимые нормы, предлагается использовать смесь двух модифицированных сорбентов в соотношении 2:1, полученных путем иммобилизации селективных (избирательных) органических реагентов на аниониты: АВ-17 и силикагель-цетилпиридиний хлорид, затем, создавая оптимальные условия, извлекают их из большого объема водной среды на твердую фазу и очищают воду от перечисленных металлов.

Заявленный способ предназначен для использования в лабораториях очистных сооружений, контролирующих степень очистки сточных вод.

Преимуществом заявленного способа являются:

1. Простота выполнения.

2. Экономичность (для концентрирования и определения шести элементов используют модифицированные сорбенты многократного применения в соотношении 2:1).

3. Высокая селективность (анионит АВ-17-ОСФБГБК) извлекает из вод одновременно медь, цинк, свинец и кадмий, а СГ-ЦП-ТОФ - хром, марганец. Не мешают определению все макрокомпоненты и некоторые микрокомпоненты.

4. Экспрессность (в течение часа можно очистить 100 дм³ воды 20 г смесью сорбентов от шести тяжелых металлов в концентрациях, превышающих ПДК в различных водах).

5. Предел обнаружения 1-3 мкг/л.

Литература

1. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия. 1982. 168 с.

2. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. 1989. 28 с.

3. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия. 1983. 295 с.

Изобретение может быть использовано для очистки воды в фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов включает пропускание воды в динамическом режиме через колонку со смесью двух модифицированных сорбентов в соотношении 2:1. Первый сорбент получают путем иммобилизации на анионит АВ-17 2-{2-(α-2-окси-5 сульфофенилазо}-бензилидин гидразин бензойной кислоты, а второй - путем иммобилизации на силикагель, обработанный хлоридом цетилпиридиния, 2,6,7-триоксифенилфлуорона. Изобретение позволяет одновременно извлекать кадмий, свинец, медь, цинк, хром и марганец, причем 100 дм³ воды очищается 20 г смеси сорбентов в течение часа. 1 табл., 1 пр.

Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов, заключающийся в том, что воду пропускают в динамическом режиме через колонку со смесью двух модифицированных сорбентов в соотношении 2:1, полученных путем иммобилизации на анионит АВ-17 2-{2-(α-2-окси-5-сульфофенилазо)}-бензилидин гидразин бензойной кислоты и на силикагель, обработанный хлоридом цетилпиридиния, 2,6,7-триоксифенилфлуорона, затем новой твердой фазой одновременно извлекают кадмий, свинец, медь, цинк, хром и марганец, при этом 100 дм³ очищается 20 г смеси сорбентов в течение часа.