Способ очистки промышленных сточных вод от фенола



Способ очистки промышленных сточных вод от фенола
Способ очистки промышленных сточных вод от фенола
Способ очистки промышленных сточных вод от фенола
Способ очистки промышленных сточных вод от фенола
Способ очистки промышленных сточных вод от фенола

Владельцы патента RU 2326055:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" (RU)

Способ очистки промышленных сточных вод от фенола заключается в их обработке электрогидравлическим воздействием высоковольтного короткоимпульсного электрического разряда в присутствии перекиси водорода в количестве, обеспечивающем разложение фенола до оксида углерода (IV). При этом продолжительность импульса составляет 1-10 мкс, напряжение электрического разряда 25-30 кВ, а количество импульсов 110-120. Изобретение позволяет обеспечить полное разложение фенола, содержащегося в сточной воде, до элементарного углерода, СО, СО2 и воды. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к способу очистки промышленных сточных вод от фенола с получением воды, по качеству соответствующей критериям питьевой воды.

Растворимость фенола в воде является одной из основных причин загрязнения сточных вод. Причем вредное действие фенолов проявляется уже при очень незначительных концентрациях. Так, например, предельное содержание фенолов в воде не должно превышать санитарной нормы 0,001 мг/л, а для питьевой воды должно быть в 20 раз меньше, т.е. 0,0005 мг/л.

Существует множество способов очистки промышленных сточных вод от фенолов (обесфеноливание). Пароциркуляционный метод (см. Харлампович Г.Д., Чуркин Ю.В. // Фенолы. - М.: Химия, 1974. - 376 с.) основан на отгонке фенолов из сточной воды циркулирующим водяным паром с последующим их удалением из паровой фазы отмывкой раствором щелочи. Данный метод достаточно универсален, но связан с высокими эксплуатационными затратами.

Удаление фенолов из сточных вод жидкостной экстракцией основано на различной растворимости фенолов и воды в ряде органических растворителей (см. Харлампович Г.Д., Чуркин Ю.В. // Фенолы. - М.: Химия, 1974. - 376 с.). Процесс заключается в обработке стоков растворителем, избирательно растворяющим фенолы, с последующим разделением фаз, удалением и регенерацией растворителя. Глубина обесфеноливания экстракцией бензолом составляет 90-95% и зависит от эффективности оборудования, количества и качества бензола, а также остаточного содержания в нем фенолов. Метод чрезвычайно дорог, так как требует применения специальных органических растворителей и последующую их отгонку.

Способ, основанный на сорбции фенолов сорбентами (см. Тенишев Ю.С. Проблема очистки сточных термальных вод от фенолов. - М.: Мингазпром, 1982. - 35 с.), требует, во-первых, их регенерации, сопровождающейся уничтожением фенолов в процессе десорбции при высоких температурах 700-800°С, а, во-вторых, дополнительной биохимической доочистки воды.

Процесс озонирования водо-фенольных сточных вод (см. Тенишев Ю.С. Проблема очистки сточных термальных вод от фенолов. - М.: Мингазпром, 1982. - 35 с.) достаточно перспективен, однако, предполагает строгое поддержание кислотности сточных вод (в противном случае окисление фенола останавливается на стадии получения хинонов и органических кислот). Кроме того, применяющийся в процессе обесфеноливания озон вреден для работающего персонала.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ очистки промышленных и сточных вод от фенола путем воздействия на очищенные стоки импульсными электрическими разрядами. Процесс осуществляют при энергии одиночного импульсного электрического разряда от 500 до 2000 Дж и длительности разряда от 10 до 1000 мксек (см. патент SU №259711, МПК C02F 1/48).

Однако данное решение характеризуется недостаточно высокой степенью очистки.

Задачей предлагаемого решения является создание способа очистки промышленных и сточных вод от фенола.

Технический результат заключается в повышении степени очистки за счет полного разложения фенола до элементарного углерода, СО, CO2 и воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки промышленных сточных вод от фенола, заключающемся в их обработке электрогидравлическим воздействием высоковольтного короткоимпульсного электрического разряда с продолжительностью импульса 1-10 мкс, согласно решению обработку сточных вод проводят в присутствии перекиси водорода в количестве, обеспечивающем разложение фенола до оксида углерода (IV), при этом напряжение электрического разряда составляет 25-30 кВ, а количество импульсов 110-120.

Суть способа заключается в следующем.

Первоначально электрогидравлическим способом воздействовали на водные до 5 мас.% растворы фенола, при различных параметрах напряжения 20-30 кВ и количествах импульсов от 5 и выше. Концентрацию фенола определяли стандартным фотометрическим методом (см. Коренман М.И. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. - М.: Химия, 1975. - 358 с.).

Эксперименты показали, что уже при количестве пяти-шести импульсов концентрация продуктов разложения фенола в водной системе достигает насыщения. Фенол в данных условиях окислился без разложения до прозрачного и легко растворимого в воде пирокатехина по реакции

Так как задача изобретения заключалась в полном разложении фенола до оксидов углерода, данный метод оказался не приемлем.

Поэтому было предложено электрогидравлическую обработку водного раствора фенола осуществлять в присутствии окислителя - перекиси водорода, количество которой (избыток) рассчитывалось на полное окисление фенола до окиси углерода (II). Перекись водорода была выбрана нами в качестве окислителя по двум причинам:

- во-первых, при обычных условиях взаимодействие фенола с перекисью водорода затруднено;

- во-вторых, Н2O2 не вносит посторонних (в том числе, экологических опасных) ионов и сама разлагается до воды и газообразного кислорода.

При проведении экспериментов было установлено, что во всех пробах на первой стадии наблюдалось появление желтой окраски, усиливающейся в зависимости от количества импульсов. Наличие желтой окраски объяснятся образованием желтого пара-хинона

т.е. продукта окисления фенола, который при обычных условиях практики не получается (см., например, Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. - М.: Высшая школа, 1973. - 622 с.).

При дальнейшей электрогидравлической обработке происходит окисление желтого пара-хинона до бурого по цвету продукта, связанного с образованием смеси пара-хинона и красного орто-хинона (см., Неницеску К.Д. Органическая химия. Т.1. - М.: Иностранная литература, 1962. - 132 с.).

Механизм реакции (2), (3) подтверждается (после удаления избытка перекиси водорода нагревом смеси на водяной бане при Т=60°С, в течение 30 мин) качественной реакцией на хлорное железо [см., например, выше Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. - М.: Высшая школа, 1973. - 622 с.). При добавлении FeCl3 наблюдалось изменение окраски с желтой (бурой) на зеленую. Появление зеленого цвета позволяет сделать вывод о механизме протекания указанных выше химических реакций по схеме (2), (3).

Орто-хинон - соединение не устойчивое. При дальнейшей обработке раствора электрогидравлическим воздействием фиксируется его окисление до углерода (присутствующего в пробе в виде мелкодисперсного порошка) и появление газообразных оксидов углерода (II) и (III).

Отсутствие фиолетовой окраски в системе «вода-перекись водорода-фенол-FeCl3» позволяет однозначно говорить об отсутствии окисленных продуктов фенола в вводно-фенольной смеси, что подтверждается качественной реакцией (см., Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. - М.: Высшая школа, 1973. - 622 с.) и количественным стандартным фотометрическим методом (см., выше Коренман М.И. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. - М.: Химия, 1975. - 358 с.).

На чертеже представлена схема установки электрогидравлической очистки сточных вод от фенола:

1 - электродвигатель мешалки;

2 - трубка ввода газа;

3 - термопара;

4 - держатель крышки;

5, 18 - оси крепления;

6 - защитный кожух термопары;

7 - металлический корпус установки;

8 - теплоизоляция установки;

9 - электрическая печь;

10 - металлический реактор;

11, 12 - электроды установки электрогидравлического воздействия;

13 - механическая мешалка;

14 - станина;

15 - патрубок слива очищенной воды;

16 - редуктор;

17 - кронштейн;

19 - крышка металлического корпуса;

20 - система охлаждения крышки корпуса;

21 - трубка вывода отходящих газов;

22 - клапан дозатора;

23 - дозатор подачи растворов;

24 - патрубок ввода сточных вод.

Металлический реактор 10 помещен в металлический корпус 7 с крышкой 19, снабженной системой охлаждения 20 и закрепленной держателем 4 на оси крепления 5. Реактор 10 нагревается электрической печью 9 и защищен от металлического корпуса 7 теплоизоляцией 8. На крышке металлического корпуса 19 через герметичные отверстия в объем реактора 10 введены: механическая мешалка 13 (по центру) с электродвигателем 1; термопара 3 в защитном кожухе 6, предназначенная для регулирования температуры электрической печи 9; патрубок ввода промышленных и сточных вод 24; трубки 2 и 21 ввода и вывода газов из металлического реактора 10; дозатор подачи раствора 23 с клапаном 22, встроенные в крышку 19; редуктор 16, закрепленный на кронштейне 17 оси крепления 18; электрод 11 с изолированным электрическим выводом, предназначенный для подключения к установке электрогидравлического воздействия. Второй электрод 12 находится на дне металлического реактора 10 и имеет отдельный изолированный электрический вывод, подключаемый к установке электрогидравлического воздействия. Устройство размещено на станине 14 и имеет патрубок слива очищенной воды.

Способ очистки сточных фенолсодержащих вод заключается в следующем.

В металлический реактор 10 проточного типа через патрубок 24 подается сточная вода, загрязненная фенолом. Температура реактора 10 (35-40°С) поддерживается электрической печью 9, регулируемой термопарой 3. Окислитель Н2O2 через отдельно встроенные в крышку металлического корпуса 19 системы дозатора подачи растворов 23, регулируемого клапаном дозатора 22, вводится в металлический реактор 10. Для лучшего смешения компонентов включается механическая мешалка 13. Полученные в результате очистки сточных вод газы удаляются через трубку ввода 2 и вывода отходящих газов 21. После установления необходимого скоростного потока жидкости и стабилизации температурного и концентрационного состояния металлического реактора 10 на электроды 11 и 12 подается высоковольтный короткоимпульсный разряд напряжением 8-50 кВ, продолжительностью импульса 1-10 мкс с интервалом 10-15 мкс от установки электрогидравлического воздействия. В итоге происходит полное прохождение жидкости через разрядный электродный промежуток устройства. Электрод 11 должен обязательно находиться в жидкости. При этом глубина его погружения не зависит от количества импульсов и величины разрядного напряжения. Величина и стабильность поддержания электрического разряда зависит от диэлектрической проницаемости сточной (загрязненной) воды. Поэтому изменение этих параметров подбирается экспериментально за счет изменения расстояния между электродами 11 и 12. Эксперименты показали, что типово это расстояние должно меняться в пределах 1-10 мм. При величине зазора между электродами менее 1 мм, наблюдается интенсивная коррозия электродов, а больше 10 мм - затухание электрического разряда. Вертикальное перемещение электрода 11 по отношению к 12 осуществляется с помощью его резьбового соединения в крышке металлического корпуса 19 металлического реактора 10. Электроды 11 и 12 изготовляют из металлического вольфрама, молибдена, титана или их сплавов, что исключает их физико-химическую коррозию при действии на них электрического разряда. Очищенная вода вытекает из патрубка слива очищенной воды 15.

В качестве примера для очистки промышленных сточных фенол-содержащих вод использовалось соотношение компонентов, удовлетворяющих следующим основным химическим реакциям

Для этого использовалось 1000 мл сточной воды со следующими концентрациями фенола: 0,07 мас.% и 0,7 мас.%, а также с большим его избытком 7,0 мас.%. Для этого рассчитанное количество перекиси водорода в пересчете на его товарную концентрацию (33 мас.%) смешивалось в реакторе в пропорциях (таблица 1).

Таблица 1
№ опытаКоличество фенола в сточной воде, мас.%Количество товарной Н2O2, гПримечание
С6Н5-ОН+Н2O2=CO2+H2O
10,0710,8Наблюдается полное разложение водо-фенол-перекисной системы с обесцвечиванием раствора, выделением оксидов углерода, а также отсутствие фиолетовой окраски при добавлении в него FeCl3
20,7108,5
37,01075,0
С6Н5-ОН+Н2O2=СО+Н2O
40,076,2Независимо от результатов последующего электрогидравлического воздействия полного разложения фенола не наблюдалось, что подтверждалось наличием окрашенного раствора.
50,762,0
67,0615,0
С6Н5-ОН+Н2O2=С+Н2O
70,071,55Независимо от результатов последующего электрогидравлического воздействия полного разложения фенола не наблюдалось, что подтверждалось наличием окрашенного раствора.
80,715,5
97,0155,0

В таблице 2 представлены различные варианты электрогидравлического воздействия на водо-фенол-перекисную систему различного короткоимпульсного разряда (5-10 мкс) от напряжения и количества импульсов. Критерием эффективности применения электрогидравлического воздействия является отсутствие цвета водной системы и фиолетовой окраски качественной реакции на «фенол - ион хлорида железа».

Таблица 2
№/№ п/пНапряжение на электродах, кВКоличество импульсовПримечание
18-2580-100Растворы по всем химическим реакциям (5)-(7) обладают различной интенсивностью красно-бурой окраски, а также фиолетовым оттенком в качественной реакции фенола на ион хлорида железа (III).

Фенол полностью не разложился.

Напряжения воздействия недостаточно. Увеличение количества импульсов не эффективно
215-20до 1000Растворы по всем химическим реакциям (5)-(7) обладают различной интенсивностью красно-бурой окраски, а также фиолетовым оттенком в качественной реакции фенола на ион хлорида железа (III).

Фенол полностью не разложился.

Напряжения воздействия недостаточно. Увеличение количества импульсов не эффективно.
325-30110-120Для химических реакций (5) наблюдается полное разложение водо-фенол-перекисной системы с обесцвечиванием раствора, выделением оксидов углерода, а также отсутствие фиолетовой окраски при добавлении в него FeCl3.

Режим воздействия оптимальный. Увеличение количества импульсов не эффективно.

Растворы по химическим реакциям (6), (7) обладают различной интенсивностью красно-бурой окраски, а также фиолетовым оттенком в качественной реакции фенола на ион хлорида железа (III).

Фенол полностью не разложился. Увеличение количества импульсов не эффективно.
430-35110-120Для химических реакций (5) наблюдается полное разложение водо-фенол-перекисной системы с обесцвечиванием раствора, выделением оксидов углерода, а также отсутствие фиолетовой окраски при добавлении в него FeCl3.

Увеличение величины напряжения и количества импульсов не эффективно.

Растворы по химическим реакциям (6), (7) обладают различной интенсивностью красно-бурой окраски, а также фиолетовым оттенком в качественной реакции фенола на ион хлорида железа (III).

Фенол полностью не разложился. Увеличение количества импульсов не эффективно.

Эксперименты показали, что независимо от концентрации фенола (см. пример 3 - 0,07 мас.%, 0,7 мас.%, 7,0 мас.%) продолжительность импульса может меняться от 5 до 10 мкс, что наиболее оптимально при работе установки электрогидравлического воздействия при напряжении возбуждения на электродах 25-30 кВ.

Способ очистки промышленных сточных вод от фенола, заключающийся в их обработке электрогидравлическим воздействием высоковольтного короткоимпульсного электрического разряда с продолжительностью импульса 1-10 мкс, отличающийся тем, что обработку сточных вод проводят в присутствии перекиси водорода в количестве, обеспечивающем разложение фенола до оксида углерода (IV), при этом напряжение электрического разряда составляет 25-30 кВ, а количество импульсов 110-120.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для электрохимического синтеза активированных водных растворов оксидантов. .
Изобретение относится к биологии, а именно к биофизике, и может быть использовано при сравнительном определении активности биологически активных полей организма. .
Изобретение относится к биологии, а именно к биофизике, и может быть использовано при сравнительном определении активности биологически активных полей организма. .

Изобретение относится к способам очистки и получения питьевой воды в системе коммунального водоснабжения из подземных вод, содержащих марганец. .

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может быть использовано для очистки производственных, нефтепромысловых и ливневых вод. .

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки нефтесодержащих сточных вод, в частности пластовых, подтоварных и ливневых сточных вод нефтяных месторождений.
Изобретение относится к способам обработки жидких сред путем воздействия градиентом давления и ультрафиолетовым излучением и может найти применение при стерилизации вод хозяйственно-промышленного назначения.
Изобретение относится к способам обработки жидких сред путем воздействия градиентом давления и ультрафиолетовым излучением и может найти применение при стерилизации вод хозяйственно-промышленного назначения.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных и на тепловых электростанциях. .
Изобретение относится к процессам водоочистки и может применяться на промышленных предприятиях, сточные воды которых содержат жиры и взвешенные вещества. .

Изобретение относится к устройствам для электрохимического синтеза активированных водных растворов оксидантов. .
Изобретение относится к биологии, а именно к биофизике, и может быть использовано при сравнительном определении активности биологически активных полей организма. .
Изобретение относится к биологии, а именно к биофизике, и может быть использовано при сравнительном определении активности биологически активных полей организма. .

Изобретение относится к способам очистки и получения питьевой воды в системе коммунального водоснабжения из подземных вод, содержащих марганец. .

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может быть использовано для очистки производственных, нефтепромысловых и ливневых вод. .

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки нефтесодержащих сточных вод, в частности пластовых, подтоварных и ливневых сточных вод нефтяных месторождений.
Изобретение относится к способам обработки жидких сред путем воздействия градиентом давления и ультрафиолетовым излучением и может найти применение при стерилизации вод хозяйственно-промышленного назначения.
Изобретение относится к способам обработки жидких сред путем воздействия градиентом давления и ультрафиолетовым излучением и может найти применение при стерилизации вод хозяйственно-промышленного назначения.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных и на тепловых электростанциях. .
Изобретение относится к процессам водоочистки и может применяться на промышленных предприятиях, сточные воды которых содержат жиры и взвешенные вещества. .

Изобретение относится к области обработки сточных вод, содержащих по меньшей мере одно из трудноразлагаемых вредных веществ, выбранных из группы, состоящей из дибензодиоксингалогенидов, дибензофурангалогенидов, полихлорированных бифенилов, бензолгалогенидов, алкилфенолов, фенолгалогенидов, алкангалогенидов, алкенгалогенидов, сложных эфиров фталевой кислоты, бисфенолов и полициклических ароматических углеводородов

Изобретение относится к способу очистки промышленных сточных вод от фенола с получением воды, по качеству соответствующей критериям питьевой воды

Наверх