Способ очистки воды от ионов тяжелых металлов

 

Изобретение относится к очистке воды от ионов тяжелых металлов, например, сточных вод гальванических производств от катионов меди, железа, никеля и кобальта. В качестве комплексообразующего реагента используют симметричные 1,2-диацилгидразины общей формулы R₁-C(O)NHNHC(O)-R₂, где R₁ и R₂ - ацильные радикалы с длиной С₂Н₅-С₅Н₁₁, или их технические смеси в виде растворов в спирте или щелочи в мольном соотношении [ДАГ]:[Meⁿ⁺]=(0,2 - 0,5):1 с последующим выведением ионов металлов в виде нерастворимых комплексов. Способ позволяет упростить и удешевить процесс очистки, обеспечить степень очистки воды до норм, отвечающих нормативным требованиям к технической воде второй категории по ГОСТ 9.314-90. 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к очистке воды, например, сточных вод гальванических производств от ионов токсичных металлов: меди, железа, никеля и кобальта.

Известны различные способы очистки воды электрохимическими, химическими и другими способами и их комбинациями. Известен, например, способ флотационной очистки сточных вод гальванических производств от ионов никеля, цинка, меди и железа, включающий двухстадийную флотацию в импеллерном и пневматическом флотаторах с применением в щелочной среде при pH 9 в качестве флотореагента 2%-ого водного раствора хозяйственного (60%-ого) мыла, играющего роль осадителя и флотационного собирателя ионов тяжелых металлов [1]. Недостатками способа являются осуществление его при высоких значениях pH очищаемых сточных вод, две стадии флотации и длительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности является способ удаления ионов тяжелых металлов из воды путем ее обработки растворимыми в воде гидразидом полиакриловой кислоты и поликарбонильным соединением, что обеспечивает выделение ионов тяжелых металлов из раствора в виде нерастворимых комплексов гидразид полиакриловой кислоты - тяжелый металл [2]. Недостатками способа являются необходимость добавления к гидразиду полиакриловой кислоты поликарбонильного соединения и высокая стоимость применяемых реагентов-полимерных водорастиворимых соединений.

Задачей изобретения является упрощение и удешевление способа очистки воды от ионов тяжелых металлов.

Для решения поставленной задачи в способе очистки воды от ионов тяжелых металлов, включающем обработку воды реагентами с последующим выделением ионов металлов в виде нерастворимых комплексов, в качестве реагента применяют симметричные 1,2-диацилгидразины (ДАГ) общей формулы R₁-C(O)NH-NHC(O)-R₂, где R₁ и R₂ - ацильные радикалы с длиной C₂H₅-C₅H₁₁ или их технические смеси в виде растворов в спирте или щелочи в мольном соотношении [ДАГ]:[Meⁿ⁺]=(0,2 - 0,5):1.

Указанные ДАГ-тетрадентатные комплексообразователи за счет наличия группы -C(O)NHNHC(O)-, образующие нерастворимые в воде соединения с металлами и гидрофобизирующие осадки гидроксидов. Добавление ДАГ приводит к быстрому образованию в воде нерастворимых гидрофобных комплексов, которые эффективно отделяются от раствора флотацией или фильтрованием. Применение ДАГ с радикалом R > C₅H₁₁ нецелесообразно в связи с чрезмерным уменьшением растворимости как в спирте, так и в щелочи. Например, растворимость ДАГ в изопропаноле уменьшается с 94,1 (R=C₂H₅) до 11,8 г/л (R=C₅H₁₁). При уменьшении длины радикала R<CH₅ резко снижается степень извлечения металлов и, соответственно, эффективность очистки воды. Наиболее полно очистка воды от ионов металлов по предлагаемому способу происходит при мольном соотношении [ДАГ]:[Meⁿ⁺]=(0,2 - 0,5) : 1 в оптимальной для каждого металла области значений pH очистки. При меньшей концентрации ДАГ извлечение металлов снижается, а при большей - возникает конкуренция между частицами извлекаемого комплекса и ДАГ при адсорбции их на поверхности раздела фаз вода-воздух, что также приводит к снижению эффективности флотации.

Сущность изобретения поясняется графиками. На фиг.1 показана зависимость степени извлечения (S,%)меди (21-28 мг/л) в пену от величины pH_равн раствора при различной длине радикалов ДАГ, мольном соотношении [ДАГ]:[Cu²⁺]-0,5:1 и времени флотации, равном 10 мин. Кривые 1,2,3,4,5 соответствуют извлечению меди с применением ДАГ с радикалами CH₃, C₂H₅, C₃H₇, C₄H₉, C₅H₁₁. На фиг.2 представлена зависимость степени извлечения (S,%) кобальта (21 мг/л) в пену с применением ДАГ с длиной радикалов C₄H₉ от величины мольного соотношения [ДАГ]:[Co²⁺] при оптимальном для флотации значении pH_равн 10,5.

Методика очистки воды Для осуществления способа очистке подвергают воду, содержащую металлы (медь, никель, железо (II), железо (III), кобальт). В качестве реагента применяют симметричные 1,2-диацилгидразины с длиной радикалов C₂H₅ - C₅H₁₁ или технические смеси ДАГ в виде растворов в спирте или щелочи. Очищаемую от металла воду и реагент подают одновременно для перемешивания в течение 1-2 мин в смеситель. После кондиционирования с реагентом воду со значением pH 6,5-11,0 в зависимости от вида извлекаемого металла направляют во флотационную колонну или на фильтрование.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. В смеситель одновременно подавали воду с содержанием 32 мг/л железа (III) и ДАГ с радикалом R=C₄H₉ в виде раствора в этаноле в мольном соотношении [ДАГ]:[Meⁿ⁺] = 0,5:1. После 1-2 мин перемешивания вода с pH 7,5 поступала на флотацию. Скорость подачи воздуха во флотационную колонну составляла 250 см³/мин. Время флотации - 2 мин. Пенный продукт удаляли с поверхности воды с помощью вакуум-насоса. Результаты очистки воды от железа (III) представлены в табл.1, а степень извлечения - в табл.2.

Пример 2. В смеситель одновременно подавали воду с содержанием 39 мг/л никеля и ДАГ с радикалом C₄H₉ в виде 0,5 м щелочного раствора в мольном соотношении [ДАГ]:[Meⁿ⁺] = 0,5:1. После 1-2 мин перемешивания воду с pH 10,5 с образовавшимся осадком фильтровали через воронку Бюхнера. Остаточная концентрация никеля в фильтрате была равна 0,08 мг/л; извлечение составило 99,8%.

Пример 3. В смеситель одновременно подавали воду с содержанием 28 мг/л меди и техническую смесь ДАГ с радикалами C₄H₉-C₅H₁₁ в виде раствора в изопропаноле в мольном соотношении [ДАГ]:[Meⁿ⁺]=0,2:1. После 1-2 мин перемешивания вода с pH 8,5 поступала на флотацию. Скорость подачи воздуха во флотационную колонну составляла 250 см³/мин, время флотации - 5 мин. Остаточная концентрация меди была равна 0,02 мг/л, а степень извлечения 99,3%.

Использование предлагаемого способа очистки воды от ионов тяжелых металлов позволяет: - упростить процесс очистки путем применения реагента ДАГ, обладающего свойствами собирателя и осадителя ионов металлов; - удешевить процесс извлечения из воды ионов тяжелых металлов за счет использования реагента ДАГ, получаемого из доступного и дешевого сырья; - обеспечить степень очистки воды от тяжелых металлов до норм, отвечающих требованиям, предъявляемым ГОСТом 9.314-90 к технической воде второй категории.

Источники информации 1. Скрылев Л. Д., Бабинец С.К., Костик В.В. и др. Флотационная очистка сточных вод гальванических производств //Химия и технология воды, 1990. Т. 12, N 2. С.168-170 2. Заявка N 2-4353 (Япония), 1990, ИСМ. Вып.55, N 9, МКИ⁶ C 02 F 1/62.

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий обработку воды реагентами с последующим выведением ионов металлов в виде нерастворимых комплексов, отличающийся тем, что в качестве реагента используют симметричные 1,2-диацилгидразины общей формулы R₁ - C(O)NHNHC(O)-R₂, где R₁ и R₂ - ацильные радикалы с длиной С₂Н₅ - С₅Н₁₁, или их технические смеси в виде растворов в спирте или щелочи в мольном соотношении [ДАГ] : [Meⁿ⁺] = (0,2 - 0,5) : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3