Способ сорбционной очистки вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения Российский патент 2018 года по МПК C02F1/28 B01J20/30 C02F101/16 

Описание патента на изобретение RU2671329C1

Изобретение относится к экологически чистым и энергетически выгодным способам сорбционной очистки вод предприятий и/или сооружений рыборазведения путем применения полученного в полевых условиях сорбента на основе рисовой соломы на объекте его использования.

Известен способ получения сорбента (патент RU 2241536, МПК B01J 20/10, опублик. 10.12.2004) путем применения для модифицирования природного сорбента отхода сельского хозяйства - соломы. При сжигании смеси соломы с дробленым пористым природным материалом наблюдается двойной эффект - происходит модифицирование поверхности сорбента продуктами сгорания с одновременной прокалкой без дополнительных энергетических затрат.

Известен также способ комплексной переработки рисовой шелухи с извлечением кремния и органических веществ (пат. RU №2359907, C01B 33/12, опубл. 20.02.2009), включающий гидролиз шелухи под действием кислоты при температуре 100-250°C с получением твердого остатка, обработку полученного твердого остатка раствором щелочи при весовом соотношении рисовая шелуха: NaOH (тв) : вода = 1 : (0,4÷1,0) : (5÷10) и температуре 120-250°C.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки воды от сульфидов на основе углеродсодержащего сорбента из растительного сырья. Изобретение относится к очистке воды от сульфидов и углеродсодержащему сорбенту на основе растительного сырья. Углеродсодержащий сорбент для очистки вод от сульфидов имеет микропористую структуру со средним диаметром пор около 2 нм, рентгеноаморфное состояние и выполнен в виде пучков волокон с диаметром 50-100 мкм при диаметре отдельного волокна около 1,5 мкм. Сорбент получен путем щелочной обработки измельченной, промытой водой и высушенной при комнатной температуре рисовой соломы щелочным раствором при температуре 90°C в течение одного часа при перемешивании и объемном соотношении Т : Ж=1 : 13. Полученный волокнистый продукт отфильтровывают, промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе и карбонизируют при недостатке воздуха, промывают и высушивают (патент RU 2597381, МКП B01J 20/20, B01J 20/20, C02F 1/28, опубл. 10.09.2016).

Недостатком данного решения является получение сорбента со значительными экономическими затратами на использование электроэнергии при его активации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности сорбционной очистки вод предприятий и/или сооружений рыборазведения и снижение затрат путем применения полученного в полевых условиях сорбента на основе рисовой соломы.

Сущность изобретения заключается в том, что способ сорбционной очистки вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения, включающий подачу сорбента, перемешивание и отделение твердой фазы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют химически или термически активированную рисовую солому, при химической активации рисовой соломы ее промывают в дистилляте, а при термической активации проводят замораживание или высокотемпературную карбонизацию в электрической печи или сконцентрированными солнечными лучами;

- химическую или термическую активацию рисовой соломы проводят непосредственно на объекте их применения в полевых условиях;

- термическую активацию рисовой соломы проводят замораживанием в морозильной камере в течение не менее 1 часа при температуре ниже -10°C с последующим размораживанием и промывкой;

- высокотемпературную карбонизацию предварительно промытой рисовой соломы проводят в электрической печи без доступа воздуха в течение не менее 1 часа при температуре 450°C с последующим охлаждением и промывкой;

- высокотемпературную карбонизацию предварительно промытой рисовой соломы проводят сконцентрированными солнечными лучами в закрытой емкости в течение не менее 1 часа при температуре 250°C с последующим охлаждением и промывкой.

В предлагаемом способе переработки отходов рисового производства в виде соломы, включающем подготовку исходного сырья путем дробления, рассева, промывки водой и отделением твердой фазы, активацию рисовой соломы проводят химически или термически, при этом термическая активация рисовой соломы проводится карбонизацией при воздействии концентрированных солнечных лучей или в электрической печи.

Состав исходного сырья. Показатели качества исходной рисовой соломы и основные характеристики полученных образцов приведены в таблице.

Зола рисовой соломы характеризуется следующим химическим составом: SiO2 - 62, 6%, Fe2O3 - 0, 8%, CaO - 2,3%, MgO - 5,2%, SO3 - 1,3%, P2O5 - 1,0%, Na2O - 1,2%, TiO2 - 0,03%, K2O - 12,3%, MnO - 0,03%. Зольность на сухую массу составляет 14,8%, содержание общей серы - 0,19% (таблица). Рисовая солома отличается от соломы других злаковых культур большим содержанием кремния (в виде аморфного диоксида кремния).

В таблице даны показатели качества исходной рисовой соломы и основные характеристики полученных из нее образцов.

Наличие на внутренней и внешней стороне поверхностей стеблей рисовой соломы липидного слоя, обладающего гидрофобными свойствами, позволяет использовать ее в качестве сорбента.

Карбонизация. Перед карбонизацией рисовую солому необходимо экстрагировать спиртобензольной смесью с целью удаления восковой части, с последующим выделением жировой фракции из экстракта. После сушки солому обрабатывают горячей водой с добавлением 0,5% раствора соляной кислоты. Полученный экстракт фильтруют, нейтрализуют. Затем солому обрабатывают 5% раствором KOH, выдерживают сутки и карбонизируют без доступа воздуха в фарфоровых тиглях при температуре 500-600°C в течение 10 минут, выдерживают до исчезновения выделения газа и быстро охлаждают.

Сущность карбонизации поясняют чертежом, где на

фиг. 1 - представлен исходный материал;

фиг. 2 - сорбент после химической активации;

фиг 3 - сорбент после химической и физической активации.

Полученный карбонизат промывают до нейтральной среды и определяют показатели, характеризующие его адсорбционные свойства (адсорбционная активность по йоду, адсорбционная активность по индикатору метиленовому синему, суммарный объем пор по воде, насыпная плотность).

Средний выход карбонизата составил 40 г из 100 г рисовой соломы.

Показатели качества исходной рисовой соломы и основные характеристики полученных образцов определялись по следующим нормативным документам. 1) Влага аналитическая (Wa, %) - ГОСТ 11014-2001 «Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги». 2) Зольность (Ad, %) - ГОСТ Р 55661-2013 «Топливо твердое минеральное. Определение зольности». 3) Общая сера (Sdt, %) - ГОСТ 8606-93 (ИСО 334-92) «Топливо твердое минеральное. Определение общей серы. Метод Эшка». 4. Адсорбционная активность по йоду (F, %) - ГОСТ 6217-74 «Уголь активный древесный дробленый. Технические условия». 5) Адсорбционная активность по индикатору метиленовому синему (МС, мг/г) - ГОСТ 4453-74 «Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. Технические условия». 6) Суммарный объем пор по воде (V, см3/г) - ГОСТ 17219-71* «Угли активные. Метод определения суммарного объема пор по воде». 7)

Насыпная плотность, г/дм3 - ГОСТ 16190-70 «Сорбенты. Метод определения насыпной плотности».

Пример: в лабораторных условиях проводили сорбционную очистку сточных вод предприятий рыборазведения от азота аммонийного с использованием в качестве сорбента рисовой соломы. Во всех опытах в стакан с 1 л сточных вод с концентрацией азота аммонийного 12.1 мг/л вносили активированную рисовую солому, перемешивали и отделяли твердую фазу. Доза рисовой соломы составляла 2 г/л.

Опыты проводили в трехкратной повторности, показатели эффективности очистки от азота аммонийного приводятся средние из трех анализов.

Опыт 1. При использовании рисовой соломы без активации эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 23,3%.

Опыт 2. Непосредственно в лабораторных условиях проведена химическая активация рисовой соломы промывкой ее в дистилляте, эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 35,6%.

Опыт 3. Химически активированная солома подвергнута низкотемпературной термической активации:

3.1 - замораживанием рисовой соломы в морозильной камере в течение не менее 1 часа при температуре ниже -10°C. Далее рисовую солому размораживали, промывали дистиллятом, и вносили активированную рисовую солому в стакан со сточным водами, перемешивали и отделяли твердую фазу, в жидкой фазе определяли остаточное содержание азота аммонийного. Эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 61.8%.

3.2 - аналогично п. 3.1, но перед замораживанием рисовую солому промывали дистиллятом. Эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 59,9%.

Опыт 4. Рисовая солома подвергнута высокотемпературной термической активации в электрической печи без доступа воздуха:

4.1 - обработка рисовой соломы в электрической печи в течение не менее 1 часа при температуре 450°C. Далее рисовую солому охлаждали и вносили ее в стакан со сточным водами, перемешивали и отделяли твердую фазу, в жидкой фазе определяли остаточное содержание азота аммонийного. Эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 55.6%.

4.2 - аналогично п. 4.1, но перед термообработкой рисовую солому промывали дистиллятом. Эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 71,1%.

Опыт 5. Рисовая солома подвергнута высокотемпературной термической активации сконцентрированными солнечными лучами:

5.1 - обработка рисовой соломы сконцентрированными солнечными лучами в закрытой емкости в течение не менее 1 часа при температуре 250°C. Далее рисовую солому охлаждали и вносили ее в стакан со сточным водами, перемешивали и отделяли твердую фазу, в жидкой фазе определяли остаточное азота аммонийного. Эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 35,9%.

5.2 - аналогично п. 5.1, но перед термообработкой рисовую солому промывали дистиллятом. Эффективность очистки сточной воды по иону аммония составила 59,9%.

Сравнительный анализ полученных результатов показывает более высокую эффективность сорбционной очистки сточных вод предприятий рыборазведения от аммонийного азота сорбентом из предварительно промытой в дистиллированной воде сорбционного материала, полученного из рисовой соломы, методом термической карбонизации. При этом эффективность сорбционной очистки вод больше при высокотемпературной термической активации рисовой соломы, чем при низкотемпературной.

Также положительным эффектом является показанная возможность проведения высокотемпературной термической активации сконцентрированными солнечными лучами непосредственно в месте применения сорбента, т.е. на очистных сооружениях очистки сточных вод предприятий рыборазведения, что имеет экономические преимущества по затратам электроэнергии, логистике и эксплуатации.

Таким образом, очистка вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения сорбентом из рисовой соломы с использованием метода химической и температурной активации является перспективным экологически и экономически привлекательным способом для применения в полевых условиях, особенно при отсутствии на объекте электроэнергии.

Способ прошел опытно-промышленную проверку при очистке вод бассейнов по выращиванию осетровых рыб в Ростовской области и получил положительную оценку.

Похожие патенты RU2671329C1

название год авторы номер документа
Способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод 2022
  • Рахал Закариа
  • Чекима Хамза
  • Смоляниченко Алла Сергеевна
  • Серпокрылов Николай Сергеевич
RU2786499C1
Способ подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом 2022
  • Смоляниченко Алла Сергеевна
  • Яковлева Елена Вячеславовна
  • Иващенко Сергей Григорьевич
  • Иващенко Максим Сергеевич
RU2809093C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 2017
  • Игнаткина Дарья Олеговна
  • Войтюк Александр Андреевич
  • Москвичева Анастасия Владимировна
  • Москвичева Елена Викторовна
  • Геращенко Алла Анатольевна
RU2644880C1
Сорбент для удаления радионуклидов из природных и сточных вод и способ его получения 2023
  • Возняковский Александр Петрович
  • Возняковский Алексей Александрович
  • Козбан Павел Федорович
  • Краснов Александр Анатольевич
  • Николаев Евгений Витальевич
  • Ребеза Олег Альбертович
RU2817978C1
УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ СОРБЕНТ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ СУЛЬФИДОВ НА ЕГО ОСНОВЕ 2015
  • Земнухова Людмила Алексеевна
  • Арефьева Ольга Дмитриевна
  • Моргун Наталья Павловна
  • Ковехова Анна Васильевна
  • Климова Ульяна Андреевна
RU2597381C1
Способ получения углеродного сорбента в форме сферических гранул 2020
  • Ле Ван Тхуан
  • Дао Ми Уиен
  • Сироткин Александр Семёнович
  • Лебедева Ольга Евгеньевна
  • Фам Тхи Чинь
RU2747918C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ДРЕНАЖНЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ 2000
  • Поворов А.А.
  • Павлова В.Ф.
  • Ерохина Л.В.
  • Начева И.И.
  • Шиненкова Н.А.
  • Коломийцева О.Н.
RU2207987C2
Способ получения дробленого активированного угля 2022
  • Фарберова Елена Абрамовна
  • Першин Егор Александрович
  • Тиньгаева Елена Александровна
  • Першина Маргарита Владимировна
  • Стрелков Василий Александрович
  • Ширкунов Антон Сергеевич
  • Ходяшев Николай Борисович
RU2799322C1
Способ получения биочара из осадков сточных вод и древесных опилок для восстановления почв от гербицидов 2022
  • Брындина Лариса Васильевна
  • Бакланова Ольга Васильевна
  • Петков Александр Федорович
  • Анучин Александр Иванович
  • Паринов Дмитрий Александрович
  • Медведев Илья Николаевич
RU2779460C1
Способ получения сорбента из растительного углеродосодержащего сырья 2019
  • Везенцев Александр Иванович
  • Нгуен Динь Тьиен
  • Соколовский Павел Викторович
  • Нгуен Хоай Тьяу
RU2721134C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 671 329 C1

Реферат патента 2018 года Способ сорбционной очистки вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и водоочистке. Сорбционную очистку вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения осуществляют при подаче сорбента, перемешивании и отделении твердой фазы. В качестве сорбента используют химически или термически активированную рисовую солому. При химической активации рисовой соломы ее промывают в дистилляте, а при термической активации проводят замораживание или высокотемпературную карбонизацию в электрической печи или сконцентрированными солнечными лучами. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр., 3 ил.

Формула изобретения RU 2 671 329 C1

1. Способ сорбционной очистки вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения, включающий подачу сорбента, перемешивание и отделение твердой фазы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют химически или термически активированную рисовую солому, при химической активации рисовой соломы ее промывают в дистилляте, а при термической активации проводят замораживание или высокотемпературную карбонизацию в электрической печи или сконцентрированными солнечными лучами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химическую или термическую активацию рисовой соломы проводят непосредственно на объекте их применения в полевых условиях.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую активацию рисовой соломы проводят замораживанием в морозильной камере в течение не менее 1 ч при температуре ниже -10°C с последующим размораживанием и промывкой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высокотемпературную карбонизацию предварительно промытой рисовой соломы проводят в электрической печи без доступа воздуха в течение не менее 1 ч при температуре 450°C с последующим охлаждением и промывкой.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высокотемпературную карбонизацию предварительно промытой рисовой соломы проводят сконцентрированными солнечными лучами в закрытой емкости в течение не менее 1 ч при температуре 250°C с последующим охлаждением и промывкой.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2671329C1

ГОГИНА Е.С
Удаление биогенных элементов из сточных вод
Москва, МГСУ, 2010, с
Прибор для равномерного смешения зерна и одновременного отбирания нескольких одинаковых по объему проб 1921
  • Игнатенко Ф.Я.
  • Смирнов Е.П.
SU23A1
УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ СОРБЕНТ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ СУЛЬФИДОВ НА ЕГО ОСНОВЕ 2015
  • Земнухова Людмила Алексеевна
  • Арефьева Ольга Дмитриевна
  • Моргун Наталья Павловна
  • Ковехова Анна Васильевна
  • Климова Ульяна Андреевна
RU2597381C1
Комплексная система водоснабжения тепловой электростанции 1983
  • Васенко Александр Георгиевич
  • Ильевский Альберт Викторович
  • Лозанский Владимир Романович
  • Сухоруков Георгий Александрович
  • Фарберов Владимир Геннадиевич
SU1096346A1
СПОСОБ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ СУШКИ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОФИЛЬНЫХ/ГИДРОФОБНЫХ СВОЙСТВ НАТУРАЛЬНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 2001
  • Лианг Зи-Вей
  • Лианг Вен-Кси
RU2277967C2
US 20140110316 A1, 24.04.2014.

RU 2 671 329 C1

Авторы

Серпокрылов Николай Сергеевич

Вильсон Елена Владимировна

Смоляниченко Алла Сергеевна

Яковлева Елена Вячеславовна

Халил Ахмед Собхи Авед Элсайед

Даты

2018-10-30Публикация

2017-09-20Подача