Способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений

Изобретение относится к области очистки сточных вод химических, целлюлозно-бумажных и аналогичных производств, содержащих трудноокисляемые органические вещества. Способ очистки включает комбинацию обработки пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора и УФ-облучения. Сточные воды, с предварительно введенным пероксидом водорода, пропускают через смесь железной стружки и углеродсодержащего материала, образующих гальванический элемент, и одновременно облучают ртутно-кварцевой лампой низкого давления. Предложенный способ обеспечивает глубокую очистку сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, например, хлорфенолов при значительно меньшем расходе пероксида водорода за счет интенсификации процесса, обеспечиваемой дополнительным УФ-облучением реакционной смеси. Технический результат изобретения заключается также в полной минерализации трудноокисляемых органических соединений при минимальном расходе окислителя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод химических, целлюлозно-бумажных и аналогичных производств, содержащих трудноокисляемые органические вещества.

Известен способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, включающий обработку пероксидом водорода и УФ-облучение [Нечаев И.А., Верещагина Л.М., Байкова С.А., Логунова А.Ю. Способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений // Патент РФ №2246450, опубл. 20.02.2005, бюл. №5].

Недостатками способа являются большой расход пероксида водорода, мольное соотношение (Н₂O₂)/(субстрат)=65, необходимость корректировки рН, длительность процесса, порционное введение окислителя.

Известен способ очистки воды от растворенных органических веществ, включающий пропускание раствора через мембрану, изготовленную из полупроводникового материала на основе TiO₂, CdS, SrTiO₂, Fe₂О₃, являющуюся фотокатализатором, с одновременным облучением мембраны ультрафиолетом в присутствии избытка окислительного агента [Махмутов Ф.А., Мишкин Р.Н., Царева Е.И. Способ очистки воды от растворенных органических веществ // Патент РФ №2117517, опубл. 20.08.1998].

Недостатками способа являются большой расход пероксида водорода, до 35 моль, и осуществление процесса при избыточном давлении до 12 атм.

Известен метод фотокаталитической очистки загрязненной воды, включающий облучение раствора, в который введены соли железа и пероксид водорода [Safarzedeh-Amiri.A. Photocatalytic method for treatment of contaminated water // Patent US 5266214, Nov., 1992].

Недостатками способа являются большой избыток пероксида водорода, мольное соотношение (Н₂O₂)/(субстрат)=16, высокие энергозатраты, связанные с использованием ртутных ламп среднего давления, имеющих низкий КПД преобразования проводимой электроэнергии в энергию УФ-излучения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ очистки сточных вод от органических примесей обработкой пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора, получаемого при пропускании воды через загрузку, состоящую из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала, в присутствии кислорода воздуха [Рязанцев А.А., Батоева А.А., Жалсанова Д.Б. Способ очистки сточных вод от органических примесей // Патент РФ №2135419, опубл. 27.08.99, бюл. 24].

Технический результат изобретения - сокращение продолжительности процесса при сохранении высокой степени очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, заключающемся в комбинации обработки пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора и УФ-облучения, сточные воды, с предварительно введенным пероксидом водорода, пропускают через смесь железной стружки и углеродсодержащего материала и одновременно облучают ртутно-кварцевой лампой низкого давления.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходную воду, содержащую трудноокисляемые органические соединения, в нашем случае хлорфенолы, добавляют серную кислоту до достижения водородного показателя рН≤3. Затем в раствор дозируют пероксид водорода в количестве 25-50% от стехиометрически необходимого и подвергают его гальванокоагуляционной обработке с одновременным УФ-облучением. Обработку воды проводят в установке, содержащей источник излучения - ртутно-кварцевую лампу низкого давления ДБ-30 с максимумом УФ-облучения в бактерицидном диапазоне длин волн, цилиндрический кварцевый реактор и отражатель. Последний выполнен из нержавеющей стали в виде оболочки, в разрезе представляющей собой эллипс. При этом источник облучения и реактор размещены в зонах, соответствующих фокусам эллипса. Подобная форма отражателя и способ расположения излучателя и реактора обеспечивают высокий коэффициент использования энергии УФ-излучения, так как поток УФ-излучения, отражаясь от внутренней поверхности оболочки, концентрируется в зоне второго фокуса и воздействует на жидкость [Верещагин В.Л., Занин В.П., Паур В.А., Верещагин Л.А. Устройство для облучения жидкостей // Патент РФ №2055610, опубл. 10.03.1996].

В результате работы короткозамкнутого гальванического элемента Fe-C происходит растворение железа и его интенсивное окисление до Fe (II, III). При добавлении в обрабатываемую воду пероксида водорода в процессе гальванокоагуляции реализуются условия для существования системы Фентона. УФ-облучение позволяет интенсифицировать процесс, благодаря дополнительному образованию гидроксильных радикалов за счет диспропорционирования пероксида водорода и восстановления железа (III). Наблюдается синергический эффект.

Способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1 (по известному способу). Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.96 ммоль/л, что составляет 50% от стехиометрически необходимого. Продолжительность контакта загрузки с раствором 1, 5 и 10 минут. Эффект очистки соответственно составил 48, 82, 100% соответственно.

Пример 2 (по известному способу). Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого. Продолжительность контакта загрузки с раствором 1, 5 и 10 минут. Эффект очистки соответственно составил 62, 67, 77% соответственно.

Пример 3 (по известному способу). Модельные растворы 2,4-дихлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого. Продолжительность контакта загрузки с раствором 1, 5 и 10 минут. Эффект очистки соответственно составил 60, 63 и 65% соответственно.

Пример 4. Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.96 ммоль/л, что составляет 50% от стехиометрически необходимого, и облучают в течение 1 и 3 минут. При этом доза облучения составила соответственно 0.37 и 1.12 кДж/см², а эффект очистки 98 и 100% соответственно.

Пример 5. Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого, и облучают в течение 1, 3 и 10 минут. При этом доза облучения составила соответственно 0.37, 1.12 и 3.73 кДж/см², а эффект очистки 66, 83 и 100% соответственно.

Пример 6. Модельные растворы 2,4-дихлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого, и облучают в течение 1, 3 и 10 минут. При этом доза облучения составила соответственно 0.37, 1.12 и 3.73 кДж/см², а эффект очистки 75, 80 и 92% соответственно.

Пример 7. Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают облучению в течение 1 минуты с добавлением пероксида водорода в количестве 0.96 ммоль/л, что составляет 50% от стехиометрически необходимого, и без добавления. Доза облучения составила 0.37 кДж/см², а эффект очистки 10 и 3% соответственно.

Данные, свидетельствующие о преимуществе предложенного способа по сравнению с известным, приведены на чертеже.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает сокращение продолжительности обработки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения - хлорфенолы, за счет интенсификации процесса, обеспечиваемой синергическим эффектом, возникающим при дополнительном УФ-облучении реакционной смеси.

Способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений путем обработки пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора, отличающийся тем, что подкисленные сточные воды, содержащие пероксид водорода и кислород воздуха, пропускаемые через смесь железной стружки и углеродсодержащего материала, образующих гальванический элемент, облучают ртутно-кварцевой лампой низкого давления.