СПОСОБ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ОТ СОЕДИНЕНИЙ МЫШЬЯКА Российский патент 2016 года по МПК C02F1/58 C02F1/52 C02F1/72 C01G28/02 C02F101/10 

Изобретение относится к проблеме водоподготовки, в частности к очистке воды из источников водозабора от соединений мышьяка и тяжелых металлов, и может быть применено при получении питьевой воды, а также для очистки некоторых промстоков от указанных токсикантов.

Известно, что ввиду остроты проблемы, которая привела к необходимости изменения уровня предельно допустимой концентрации (ПДК) по мышьяку в воде до уровня 10 мкг/л (World Health Organization (WHO): Arsenic in drinking water, Fact sheet No 210 (2001) http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs210/en/print.html), в мире идет усиленный поиск эффективных и, в тоже время, дешевых способов очистки воды от указанных токсикантов. В общем виде все существующие подходы могут быть сведены в четыре группы: мембранные технологии (Kartinen E.O. An overview of arsenic removal process / Kartinen, E.O., Martin, C.J. // Desalination. 1995. V. 103. P. 79-88), процессы адсорбции (Pal B.N. Granular ferric hydroxide for climination of arsenic from drinking water / B.N. Pal. Proc. of BUET-UNU Workshop Technologies for removal of arsenic from drinking water. Dhaka, Bangladesh, 2001. P. 59-68), ионного обмена (Korngold E. Arsenic removal from drinking water by anion exchange / Korngold, E., Belayev, N., Aronov, L. // Desalination. 2001. V. 141. P. 81-84) и осаждения/коагуляции/фильтрации (Hering J.G. Arsenic removal from drinking water during coagulation / Hering, J.G., Chen, P.J., Wilkie, J.A., Elimelech, M. // J. Environ. Eng. 1997. V. 8. P. 800-807). Отдельным направлением является метод подземной аэрации воды, предложенный исследователями из Белфаста (Gupta Sen B., Bandopadhyay A., Nag N. K., Mukhopadhyay S., Mazumdar A. Subterranean Arsenic Removal - A journey to the future / International Conference on Water Quality with special reference to Arsenic. Jule 4 2014. http://www.researchgate.net/publication/228326538_Subterranean_Arsenic _Removal__A_journey_to_the_future), но его возможности, несмотря на определенное практическое тестирование, еще до конца не выяснены. По каждому направлению идет совершенствование существующих технологических решений, приводящее к улучшению экономических показателей процессов (EPA: Technologies and coast for removal of arsenic from drinking water. International Consultants. Inc.. Malcolm Pirnie, Inc., The Cadmus Group. Inc.. Under Contract with the USEPA No. 68-C6-0039. EPA 815-R00-028. 2000).

Для индивидуальных потребителей воды, использующих различные картриджи, очистка воды в основном производится за счет процессов сорбции и ионного обмена. В ряду разработчиков способа очистки указанными процессами выделяется германская фирма GEH-Wasserchemie GmBH&Co.KG, выпускающая препарат GEH-102, фирма Bayer AG, поставляющая на рынок сорбент Bayoxide E33. Последний представляет собой гранулированный оксигидроксид железа (FeOOH) с размером гранул 0,5 - 2,0 мм и удельной поверхностью 150 м²/г. Концерн Lanxess разработал продукт Lewatit FO36. Это гибридный материал, состоящий из слабоосновной анионообменной смолы на основе полистирола регулярного строения и неорганического оксида железа (около 15% по массе), равномерно распределенного в порах матрицы смолы.

Что касается промышленной водоподготовки, то здесь базовым является процесс осаждения/коагуляции/фильтрации, детально описанный в значительном числе публикаций. Удаление соединений мышьяка достигается путем соосаждения анионов мышьяковой и мышьяковистой кислот на гидроксиде железа (алюминия) (III). Обменный процесс хорошо адаптирован к водам различного состава и позволяет осуществлять очистку до уровня ПДК. Однако этому методу присущи серьезные недостатки, приносящие существенный экологический ущерб окружающей среде:

- продукт соосаждения (Me(OH)₃) вместе с токсикантом фактически выбрасывается в окружающее пространство, где под действием осадков мышьяк вновь вымывается и поступает в грунтовые воды;

- накапливающиеся огромные объемы осадителя сами по себе также выступают в роли токсиканта по отношению к окружающей среде.

Кроме того, метод имеет ограничение по количеству выводимых соединений мышьяка в очищаемой воде - приблизительно до 2,5 мг/л. Это связано с возможностью введения в воду растворимых соединений металлов только в определенных пределах, обусловленных поддержанием необходимых санитарно-эпидемиологических требований по вводимым анионам Cl⁻, SO₄ ²⁻.

Известен способ удаления мышьяка из кислых водных растворов, включающий обработку водного растворов осадителем, содержащим известь, удаление осадка, введение в надосадочную жидкость солей трехвалентного железа или двухвалентного железа в присутствии избытка окислителя, фильтрацию (см. патент GB №1502775, МПК C02F1/52).

Существенными недостатками предложенного процесса является нерешенность проблемы вывода соединений токсикантов из осадка, что приведет к загрязнению окружающей среды, а также сложность процесса фильтрации мышьяк-железосодержащих осадков.

Наиболее близким к описываемому способу по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ удаления мышьяка из водных растворов, включающий последовательную обработку воды осадителем, коагуляцию и фильтрацию осадка, при этом обработку водного раствора, содержащего мышьяк, ведут комбинацией солей железа (III) и перекиси водорода при рН среды в диапазоне от 3 до 5 (см. заявку на изобретение US 20020003116, МПК C02F1/52) (фиг.1).

Однако предложенное техническое решение не позволяет избежать недостатков, связанных с процессами солеобразования при корректировке необходимых значений рН среды (образование NaCl или Na₂SO₄), что приведет к ограничению количества вводимого осадителя (соли Fe³⁺) и соответственно к выводу соединений мышьяка из воды, содержащей их на уровне ≤ 2,5 мг/л. Это обстоятельство приводит к повышению требований к источникам водозабора, необходимости их отбора по уровню соединений мышьяка и тяжелых металлов (токсикантов). Сохраняется проблема вывода и утилизации отделяемого твердого токсичного шлама.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа очистки воды, позволяющего удешевить процесс за счет применения принципа замкнутого цикла по осадителю; расширить источники водозабора вследствие создания условий для вывода больших количеств соединений мышьяка из очищаемой воды.

Технический результат заключается в улучшении качества очистки воды, а именно достижении показателей качества воды по мышьяку (≤ 10 мкг/л) и металлам (≤ ПДК); а также в уменьшении воздействия на окружающую среду вследствие вывода из оборота осадителя с токсикантом и их переработки.

Поставленная задача решается способом очистки питьевой воды от соединений мышьяка, включающим последовательную обработку воды осадителем на основе соединений железа (III), коагуляцию и фильтрацию воды, при этом перед фильтрацией гетерогенную систему отстаивают; осадок, содержащий гидроксид железа (III) с осажденными соединениями мышьяка (V), растворяют в кислоте и обрабатывают сероводородом с последующим удалением соединений мышьяка в форме малорастворимого соединения, а раствор соли железа (III) направляют на новый цикл очистки воды. Дополнительно, перед введением осадителя в обрабатываемую воду добавляют окислитель, в качестве которого применяют перекись водорода или гипохлорит натрия. При содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в качестве осадителя используют соли железа (III), а именно: хлориды или сульфаты или нитраты. Осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,05%-0,1% от массы очищаемой воды. При содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л, в качестве осадителя используют смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III). При этом осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,1-1% от массы очищаемой воды. Осадитель получают путем воздействия на раствор соли железа(III) гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в ОН^--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1. Осаждение токсикантов проводят при pH среды в интервале от 6,0 до 8,5, предпочтительно 7,5. В качестве кислоты для растворения осадка используют соляную, или серную, или азотную кислоту при pH среды в интервале от 1,0 до 2,5.

Элементами новизны предложенных технических решений являются следующие:

осуществление выделения соединений мышьяка из осадка Fe(OH)₃ путем последовательного воздействия кислоты-растворителя и сероводорода;

осадитель токсикантов, представляющий смесь гидроксо-, дигидроксо-соединений железа(III) с Fe(OH)₃, позволяющий расширить ассортимент очищаемых вод до тех, которые содержат соединения мышьяка на уровне ≥2,5 мг/л;

осуществление регенерации раствора соли железа(III) в осадитель токсикантов раствором гидроксида натрия или анионообменной смолой в интервале pH от 3,6 до 4,1,

осуществление принципа замкнутого цикла по осадителю;

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлена схема очистки воды, описанная в наиболее близком аналоге;

на фиг. 2 представлен график влияния величины pH «осадителя токсикантов» на концентрацию хлорид-ионов в очищаемой воде;

на фиг. 3 представлена принципиальная схема осуществления процесса с учетом новых предложенных решений, позволяющая оптимизировать процесс очистки воды от соединений мышьяка.

Сущность предлагаемого способа очистки воды от соединений мышьяка заключается в том, что в очищаемую воду в зависимости от концентрации соединений мышьяка вносят или раствор соли железа(III), или смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III) в количестве 0,05-1,0 масс. % от массы очищаемой воды при изменении концентрации соединений мышьяка от минимальной до 30 мг/л. При этом учитывается количество соединений мышьяка(III), присутствующих в очищаемой воде. Обязательной операцией является добавление к очищаемой воде окислителя, предпочтительно перекись водорода (H₂O₂) или гипохлорит натрия (NaOCl), позволяющий перевести соединения трехвалентного мышьяка (арсениты) в соединения пятивалентного мышьяка (арсенаты).

При содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в качестве осадителя используют соли железа(III) в виде хлоридов, или сульфатов, или нитратов.

При воздействии на очищаемую воду, содержащую осадитель, щелочью, например, гидроксидом натрия, происходит процесс гидролиза солей (на примере хлорида железа):

FeCl₃+НОН↔Fe(OH)Cl₂↓+HCl

Fe(OH)Cl₂+НОН↔Fe(OH)₂Cl↓+HCl

Fe(OH)₂Cl+НОН↔Fe(OH)₃+HCl

При этом процесс гидролиза приводит к понижению pH (из-за образования HCl). Все три продукта (Fe(OH)Cl₂, Fe(OH)₂Cl и Fe(OH)₃) - малорастворимы и выпадают в осадок, формируя высокоразвитую дисперсную систему, сорбирующую токсиканты.

При содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л в качестве осадителя используют уже готовую смесь, содержащую три гидроксоформы соединений железа(III) (гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III)), которую получают путем воздействия на раствор соли железа(III) гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в ОН^--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1. То есть при добавлении к раствору соли Fe³⁺,или щелочи, или анионообменной смолы, выделяющей ОН^-группу, pH среды начинает возрастать. Ограничительным значением pH является величина, равная 4,1. При этом или большем значении соль полностью перейдет в Fe(OH)₃. В указанном интервале pH (3,6-4,1) образуется смесь всех трех форм (гидроксо-, дигидроксо- и Fe(OH)₃).

Важно то, что в процессе получения осадителя ненужные анионы кислот (Cl^-, SO₄ ^2-, NO₃ ^-) или осаждаются на смол, или остаются в растворе при действии щелочи, а в осадке - осадитель токсикантов.

Из графика (фиг. 2) видно, что в указанном диапазоне pH: чем выше его значение, тем меньше анионов в составе осадителя (что и требуется).

Количество осадителя зависит от концентрации соединений мышьяка в очищаемой воде и зависит от количества образующегося гидроксида железа(III) в процессе гидролиза солей. При содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л осадитель вводят в количестве, необходимом для получения образующегося гидроксида железа (III) в количестве 0,05%-0,1% от массы очищаемой воды. При содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л осадитель вводят в количестве, необходимом для получения образующегося гидроксида железа (III) в количестве 0,1-1% от массы очищаемой воды.

В процессе осаждения рН формируемой системы поддерживается в интервале 6,0 - 8,5 единиц. Таким образом, эффект очистки реализуется тем, что в процессе осаждения образуется гидрооксид железа (III) высокой степени дисперсности, переходящий в гель, захватывающий соосаждающиеся соединения мышьяка и тяжелых металлов. Образуемая гетерогенная система перемешивается в течение 5-10 мин (механическим способом, циркуляцией системы, ультразвуком, насосами вихревого типа и т.п.), смешивается с заданным количеством коагулянта и отстаивается до образования гомогенного раствора (отстоя воды) и осадка гидроксида железа (III) с токсикантом. Отстой далее направляется на фильтрацию (или центрифугирование), с последующей поставкой потребителю.

Осадок Fe(OH)₃, окклюдирующий анионы: AsO₄ ^3- и AsO₃ ^3-, переносят в специальный реактор и добавляют кислоту, способную образовывать растворимую соль железа (III) (HCl, H₂SO₄, HNO₃), до формирования системы с pH от 1,0 до 2,5 единиц. При этом гидроксид железа превращается в растворимую соль:

Fe(OH)₃ + H⁺→ Fe³⁺ + H₂O

Соединения мышьяка - соли мышьяковистой (H₃AsO₃) и мышьяковой (H₃AsO₄) кислот превращаются в соответствующие соли кислот:

Na₃AsO₃ + 6HCl → AsCl₃ + 3NaCl + 3H₂O

Na₃AsO₄ + 8HCl → AsCl₅ + 3NaCl + 4H₂O

Вследствие воздействия любой из солеобразующих кислот образуется гомогенный раствор, содержащий: соли железа, например FeCl₃, NaCl и AsCl_n.

Затем через раствор барботируют сероводород, который в кислой среде осаждает только катионы мышьяка (Asⁿ⁺) в малорастворимые соли - сульфиды.

2AsCl₃ + 3H₂S → As₂S₃↓ + 6HCl

2AsCl₅ + 5H₂S → As₂S₅↓ + 10HCl

Таким образом, осадок с токсикантом разделяется на две части: соли железа (III) (например, FeCl₃) и малорастворимые соли мышьяка (As₂S_n). Малорастворимые соли мышьяка отделяются на фильтре и удаляются. Фильтрат в зависимости от содержания соединений мышьяка в воде или направляется на новый цикл осаждения (при малых количествах токсикантов), или на стадию регенерации в новый осадитель токсикантов (при количествах ≥2,5 мг/л). В любом случае это реализует замкнутый цикл по осадителю (фиг. 3).

Процесс регенерации осадителя проводится раствором гидроксида натрия или анионообменной смолой в интервале pH от 3,6 до 4,1.

В результате представленный способ позволяет:

- вывести токсикант (соединения мышьяка) в форме отхода (IV класса опасности) для захоронения или последующего использования, что способствует уменьшению воздействия на окружающую среду;

- использовать осадитель повторно в новом цикле очистки следующей порции воды, что ведет к удешевлению способа очистки воды.

Способ осуществляется следующим образом.

В резервуар из источника водозабора перекачивается заданное количество воды, содержащей соли мышьяка. Определяют количество соединений мышьяка в источнике воды. При наличии в воде трехвалентных соединений мышьяка (арсенитов) добавляют окислитель в количестве, позволяющем перевести арсенит в соединения пятивалентного мышьяка (арсенаты).

В том случае, когда токсикант присутствует в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в резервуар добавляют 10-15% раствора соли железа(III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)₃ составляла 0,05%-0,1% (0,4-1 г на литр очищаемой воды).

При содержании соединений мышьяка ≥2,5 мг/л в резервуар добавляют смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)₃ составляла 0,1-1%) (1-10 г на литр очищаемой воды).

К формируемой системе добавляют 5%-й раствор гидроксида натрия до создания pH системы, равной 6,5-8,5 единиц (предпочтительно 7,5). Далее систему перемешивают (механическим способом, циркуляцией системы, ультразвуком, насосами вихревого типа и т.п.) в течение 5-10 минут. Для ускорения процесса коагуляции в систему вводят раствор коагулянта (например, полиакриламид) концентрацией 0,01 мг/л и систему дополнительно перемешивают в течение 5-10 мин. Затем систему перекачивают в осветлитель, где отстаивают в течение 3-х часов, в результате чего формируются две фазы: нижняя - осадок Fe(OH)₃ с токсикантами и верхняя - отстой воды. Отстой воды направляют на фильтрацию через слой гранулированного гидроксида железа(III) и анализируют на содержание соединений мышьяка(III) методом циклической вольтамперометрии на анализаторе ПАН-As, а на содержание соединений As(V) проводят методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре VG PQ ExCell «Termo Elemental».

Осадок Fe(OH)₃ с токсикантами переносят в реактор и добавляют солеобразующую кислоту (соляную, серную или азотную) до получения pH среды 1,0- 2,5. При этом гидроксид железа (III), а также оксиды и гидроксиды металлов превращаются в соответствующие соли (хлориды, сульфаты, нитраты), а мышьяк переходит в катионную форму (Asⁿ⁺). Через полученный раствор барботируют сероводород с выделением соединений мышьяка в форме малорастворимых соединений (Asⁿ⁺). Полученную гетерогенную систему фильтруют (центрифугируют) с отделением твердой фазы. Полученный фильтрат в зависимости от концентрации токсиканта (соединений мышьяка) в воде или направляют на новый цикл очистки воды (при меньше 2,5 мг/л), или на стадию регенерации, которая проводится гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в OH⁻форме до достижения рН системы от 3,6 до 4,1. Полученный продукт представляет собой новый осадитель токсикантов.

Изобретение поясняется следующими примерами его осуществления.

Примеры 1-15.

К воде, содержащей заданное количество арсенита натрия (от 500 до 2500 мкг/л), добавляют 10%-й раствор хлорида железа (III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)₃ составляла 0,04-0,1% (0,4 - 1 г на литр очищаемой воды). К формируемой системе добавляют 5%-й раствор гидроксида натрия до создания pH системы, равной 7,5. Для ускорения процесса коагуляции в систему вводят раствор коагулянта концентрацией 0,01 мг/л и систему дополнительно перемешивают в течение 5 мин. После этого систему переносят в осветлитель, где отстаивают в течение 3-х часов, формируя две фазы: нижнюю - осадок Fe(OH)₃ с токсикантом и верхнюю - отстой воды. Отстой воды направляют на фильтрацию через слой гранулированного гидроксида железа (III) и анализируют на содержание соединений мышьяка (III) методом циклической вольтамперометрии на анализаторе ПАН-As.

Результаты по очистке воды приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значение концентраций соединений мышьяка (III) в воде до и после ее очистки раствором хлорида железа (III)

№ С_As ³⁺ в воде до очистки, мкг/л Количество осадителя, % С_As ³⁺ в воде после очистки, мкг/л 1 500 0,04 12,1±0,4 2 1000 0,04 14,4±0,5 3 1500 0,04 17,5±0,6 4 2000 0,04 23,7±0,9 5 2500 0,04 31,2±1,1 6 500 0,05 3,1±0,2 7 1000 0,05 4,4±0,2 8 1500 0,05 5,7±0,5 9 2000 0,05 8,7±0,4 10 2500 0,05 9,6±0,3 11 500 0,1 2,5±0,1 12 1000 0,1 3,9±0,2 13 1500 0,1 4,4±0,3 14 2000 0,1 7,8±0,2 15 2500 0,1 8,1±0,4

Осадок гидроксида железа (III) с токсикантом переносят в реактор и к нему добавляют 10-20%-й раствор соляной кислоты до формирования гомогенной системы, имеющей значение pH, равное 1,5-2,0.

Через раствор, подвергаемый перемешиванию, барботируют сероводород. Происходит процесс образования осадка As₂S₃. После проверки на полноту осаждения осадок подвергают центрифугированию или отфильтровывают на нутч-фильтре, а фугат (фильтрат) повторно используют для осаждения новой порции очищаемой воды.

Примеры 16-30.

Аналогичные эксперименты были проведены с применением в качестве осадителя смеси гидроксо- и дигидроксохлорида и гидроксида железа (III). Указанный «осадитель токсикантов» получают при добавлении к раствору сульфата железа (III) анионообменной смолы (в примере - АВ-17-8ЧС в OH-форме). Систему «соль-смола» перемешивают до формирования pH системы, равной 3,6 единицы. Далее смолу отделяют, а полученную систему направляют на стадию осаждения токсиканта из очищаемой воды. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Значение концентраций соединений мышьяка (III) в воде до и после ее

очистки осадителем токсикантов

№ С_As ³⁺ в воде до очистки, мкг/л Количество осадителя, % С_As ³⁺ в воде после очистки, мкг/л 16 500 0,04 11,7±0,4 17 1000 0,04 13,9±0,5 18 1500 0,04 17,1±0,5 19 2000 0,04 24,1±0,8 20 2500 0,04 30,1±1,0 21 500 0,05 2,9±0,1 22 1000 0,05 4,9±0,3 23 1500 0,05 5,3±0,5 24 2000 0,05 9,0±0,5 25 2500 0,05 9,3±0,3 26 500 0,1 2,0±0,1 27 1000 0,1 4,2±0,3 28 1500 0,1 4,7±0,4 29 2000 0,1 8,0±0,2 30 2500 0,1 8,5±0,5

Примеры 31-35.

Аналогичные эксперименты были проведены по очистке воды, содержащей количество арсенита натрия, большее чем 10 000 мкг/л. Процесс осаждения проводят только смесью гидроксо- и дигидроксосульфата и гидроксида железа (III), которую берут при 1% содержании осадителя.

Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Значение концентраций соединений мышьяка (III) в воде до и после ее

очистки осадителем токсикантов

№ С_As ³⁺ в воде до очистки, мкг/л Количество осадителя, % С_As ³⁺ в воде после очистки, мкг/л 31 10000 1,0 3,7±0,3 32 15000 1,0 3,9±0,3 33 20000 1,0 4,2±0,3 34 25000 1,0 4,9±0,4 35 30000 1,0 5,3±0,5

Примеры 36-50.

Также были проведены аналогичные эксперименты по очистке воды, содержащей арсенат натрия в заданных количествах (от 500 до 2500 мкг/л). Для этих целей к воде, содержащей определенные количества арсенита натрия, сначала добавляют окислитель (перекись водорода или гипохлорит натрия) для окисления арсенит-ионов до арсенат-ионов, а уже затем 15%-й раствор сульфата железа (III) в таком количестве, чтобы масса образующегося Fe(OH)₃ составляла 0,04-0,1 масс.% и 5%-й раствор гидроксида натрия до создания pH системы, равной 6,5 единиц. Анализ на содержание соединений As(V) проводят методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре VG PQ ExCell «Termo Elemental».

Полученные результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4

Значение концентраций соединений мышьяка (V) в воде до и после ее очистки раствором хлорида железа (III)

№ С_As ⁵⁺ в воде до очистки, мкг/л Количество осадителя, % С_As ⁵⁺ в воде после очистки, мкг/л 36 500 0,04 11,8±0,5 37 1000 0,04 13,4±0,5 38 1500 0,04 16,2±0,5 39 2000 0,04 21,7±0,8 40 2500 0,04 31,9±1,1 41 500 0,05 3,1±0,2 42 1000 0,05 4,5±0,2 43 1500 0,05 5,1±0,3 44 2000 0,05 9,0±0,5 45 2500 0,05 9,7±0,3 46 500 0,1 2,8±0,2 47 1000 0,1 3,7±0,2 48 1500 0,1 4,2±0,3 49 2000 0,1 7,6±0,3 50 2500 0,1 8,5±0,5

Примеры 51-65.

Аналогичные эксперименты были проведены с применением в качестве осадителя смеси гидроксо- и дигидроксонитрата и гидроксида железа (III) - «осадителя токсикантов». Полученные результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5

Значение концентраций соединений мышьяка (V) в воде до и после ее

очистки «осадителем токсикантов»

№ С_As ⁵⁺ в воде до очистки, мкг/л Количество осадителя, % С_As ⁵⁺ в воде после очистки, мкг/л 51 500 0,04 11,5±0,4 52 1000 0,04 14,2±0,5 53 1500 0,04 16,7±0,4 54 2000 0,04 23,2±0,7 55 2500 0,04 30,9±1,0 56 500 0,05 3,3±0,1 57 1000 0,05 4,5±0,2 58 1500 0,05 5,5±0,4 59 2000 0,05 8,9±0,4 60 2500 0,05 9,1±0,5 61 500 0,1 2,5±0,2 62 1000 0,1 4,1±0,3 63 1500 0,1 4,4±0,4 64 2000 0,1 8,2±0,5 65 2500 0,1 8,7±0,5

Примеры 66-70.

Аналогичные эксперименты были проведены по очистке воды, содержащей количество арсената натрия, большее чем 10 000 мкг/л. Процесс осаждения проводят только смесью гидроксо-, дигидроксосульфата и гидроксида железа (III), которую берут при 1% содержании осадителя.

Полученные результаты представлены в таблице 6.

Таблица 6

Значение концентраций соединений мышьяка (V) в воде до и после ее

очистки «осадителем токсикантов»

№ С_As ⁵⁺ в воде до очистки, мкг/л Количество осадителя, % С_As ⁵⁺ в воде после очистки, мкг/л 66 10000 1,0 3,9±0,3 67 15000 1,0 4,1±0,2 68 20000 1,0 4,5±0,3 69 25000 1,0 5,6±0,3 70 30000 1,0 6,0±0,4

Пример 71.

Наряду с соединениями мышьяка в растворе присутствуют и другие токсиканты - соединения тяжелых металлов. Их удаление осуществляется следующим образом. В ходе внесения в объем очищаемой воды раствора хлорида железа (III) или «осадителя токсикантов» и доведения pH системы до 6,5 - 8,5 единиц в формируемой системе наряду с Fe(OH)₃ образуются гидроксиды ряда других металлов. В последующем они наряду с соединениями мышьяка соосаждаются на гидроксиде железа (III), чем достигается эффективная очистка воды и от этих токсикантов. В табл.7 приведены результаты степени очистки модельных растворов, содержащих соединения тяжелых металлов.

Таблица 7

Значение концентраций различных токсикантов в модельном растворе и водопроводной воде до и после очистки

  Концентрация ионов, мкг/л Образцы Pb²⁺ Al³⁺ Cd²⁺ Cr³⁺ Cu²⁺ Модельный раствор до очистки 124,4 2216 4,45 114,2 1211 Модельный раствор после очистки 0,11 13,35 0,05 3,41 1,49 Водопроводная вода до очистки 0,08 101,4 0,01 3,0 3,35 Водопроводная вода после очистки 0,06 6,54 0,01 2,22 0,87

Таким образом, применение предлагаемого способа очистки питьевой воды позволяет достигать требуемых показателей качества воды как по соединениям мышьяка, так и по соединениям тяжелых металлов. Предложенный способ расширяет диапазон концентраций по соединениям мышьяка, выводимым из очищаемых вод (≥2,5 мг/л); повышает экологические и экономические показатели процесса.

Изобретение может быть использовано для очистки воды из источников водозабора от соединений мышьяка и тяжелых металлов при получении питьевой воды, а также для очистки некоторых промстоков от указанных токсикантов. Способ включает последовательную обработку воды осадителем на основе соединений железа (III), коагуляцию и фильтрацию воды. Перед фильтрацией гетерогенную систему отстаивают, осадок, содержащий гидроксид железа (III) с осажденными соединениями мышьяка (V), растворяют в кислоте и обрабатывают сероводородом с последующим удалением мышьяка в форме малорастворимого соединения. Раствор соли железа (III) направляют на новый цикл очистки воды. Осадитель представляет собой смесь гидроксо- и дигидроксо- соединений железа (III) с гидроксидом железа (III), который получают путем воздействия на раствор соли железа (III) гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в OH^--форме до достижения рН системы от 3,6 до 4,1. Способ обеспечивает улучшение качества очистки воды, достижение показателей очистки по мышьяку менее 10 мкг/л и тяжелым металлам менее ПДК, уменьшение воздействия на окружающую среду вследствие вывода из оборота осадителя с токсикантом и его переработки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 7 табл., 71 пр.

1. Способ очистки питьевой воды от соединений мышьяка, включающий последовательную обработку воды окислителем, осадителем на основе соединений железа(III) с получением гетерогенной системы, ее коагуляцию с получением осадка и отстоя воды и фильтрацию отстоя воды, отличающийся тем, что осадок, содержащий гидроксид железа(III) с осажденными соединениями мышьяка(V) и металлов, растворяют в кислоте и обрабатывают сероводородом с последующим удалением соединений мышьяка в форме малорастворимого соединения, а раствор соли железа(III) направляют на новый цикл очистки воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве окислителя применяют перекись водорода или гипохлорит натрия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при содержании в очищаемой воде солей мышьяка в количестве меньше или равном 2,5 мг/л в качестве осадителя используют соли железа(III).

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве солей железа(III) применяют хлориды, или сульфаты, или нитраты.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,05%-0,1% от массы очищаемой воды.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при содержании в очищаемой воде соединений мышьяка больше 2,5 мг/л в качестве осадителя используют смесь гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III).

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что осадитель вводят в количестве, необходимом для получения гидроксида железа(III) в количестве 0,1-1% от массы очищаемой воды.

8. Способ по п. 7, характеризующийся тем, что осадитель получают путем воздействия на раствор соли железа(III) гидроксидом натрия или калия или анионообменной смолой в ОН^--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение соединений мышьяка и металлов производят при pH среды в интервале от 6,0 до 8,5.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение соединений мышьяка и металлов производят при pH среды, предпочтительно равном 7,5.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислоты для растворения осадка Fe(OH)₃ и токсикантов используют соляную, или серную, или азотную кислоту при pH среды в интервале от 1,0 до 2,5.

12. Применение смеси гидроксо- и дигидроксо-соединений железа(III) с гидроксидом железа(III), полученной путем воздействия на раствор соли железа(III) или гидроксидом натрия (калия) или анионообменной смолой в ОН^--форме до достижения pH системы от 3,6 до 4,1, в качестве осадителя для способа очистки питьевой воды от мышьяка по п. 1.