Способ ионообменной очистки сточных вод и технологических растворов от ионов металлов

Авторы патента:

Дербишер Вячеслав Евгеньевич (RU)

Быкова Анастасия Кирилловна (RU)

Даниленко Татьяна Ивановна (RU)

Дербишер Евгения Вячеславовна (RU)

C02F1/42 - Обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод (разделение вообще B01D; специальные устройства на судах для обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, например для получения питьевой воды B63J; добавление к воде веществ для предотвращения коррозии C23F; обработка жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами G21F 9/04)

B01J20/32 - пропитка или покрытие

Владельцы патента RU 2550192:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение может быть использовано в промышленности на стадии тонкой или дополнительной очистки воды от следов ионов тяжелых металлов, при очистке парового конденсата в котельных и на предприятиях ТЭЦ при создании замкнутого технологического водооборота. Для осуществления способа ионообменной очистки сточные воды и технологические растворы пропускают через сорбент, содержащий гидразидные группы. В качестве сорбента используют активированный уголь, предварительно обработанный газовой смесью аммиака и гидразина, взятых в объемных соотношениях 1:2-2,5, при температуре 350-450°C. Способ обеспечивает удаление из воды ионов металлов переменной валентности: Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, а также ионов металлов: Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺, при сохранении сорбентом сорбционной активности при широких значениях pH водного раствора. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к технологии очистки сточной воды и может быть использовано в промышленности на стадии тонкой или дополнительной очистки воды от следов ионов тяжелых металлов, при очистке парового конденсата в котельных и на предприятиях ТЭЦ, в том числе при создании замкнутого технологического водооборота.

Известен способ очистки воды от ионов металлов при их совместном присутствии фильтрацией через сополимерные сорбенты, содержащие этилендиаминовые группировки (авторское свидетельство RU №966023, МПК7, кл. C02F 1/42, 1982 г. ). Указанный способ обладает селективностью только по отношению к ионам трехвалентного железа (Fe³⁺), что является его недостатком, так как ограничено его применение и работоспособность при содержании в воде других ионов.

Известны способы извлечения ионов тяжелых металлов сульфированным бурым углем [Ibarra J. Moliner R. Fuel Удаление ионов тяжелых металлов из сточных вод с ломанью сульфированного бурого угля. 1984, 63, N3, p.377], сорбентом на основе торфа [Ludwig G. Simon J. Очистка промышленных сточных вод от тяжелых металлов с помощью фильтров с гранулированным сорбентом на основе торфа. "Geol Jahrb", 1983, N6a, p.365].

Недостатками таких способов очистки является невысокая поглотительная способность сорбентов, высокая стоимость регенерации, низкая прочность сорбента и, следовательно, высокие потери при фильтрации.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов путем их извлечения сорбентом на основе магнезиально-железистых шлаков [Зосин А.П. Гуревич Б.И. Милованова И.Б. О сорбционных свойствах шлакосиликата. В кн. "Химия и технология силикатных материалов". Л. Наука, 1971, с. 100 105], [А.П. Зосин, Т.И. Примак. Очистка промышленных стоков от катионов никеля, кобальта, меди, сорбентом на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии // Химия и технология неорганических сорбентов: Минвуз. Сб. науч. тр. Перм. политехи, ин-т. Пермь, 1980, с. 92 97].

Очистка стоков от ионов металлов осуществляется путем пропускания раствора через слой сорбента. Недостаток этого способа заключается в невысокой эффективности, невозможности регенерации сорбента ввиду невысокой прочности гранул.

Известен способ очистки раствора, содержащего медь, цинк и железо, от ионов трехвалентного железа путем сорбции на анионите, полученном аминированием гидразином сополимера метилакрилата и дивинилбензола [Авторское свидетельство RU №528310, МПК7, кл. C08F 226/02, C08F 8/32 1975].

Недостатком способа является низкая степень очистки раствора от ионов трехвалентного железа.

Известен способ очистки медноцинковых растворов от ионов трехвалентного железа путем сорбции на анионите, полученном аминированием гидроксиламином сополимера метилакрилата и дивинилбензола [Авторское свидетельство RU №529178, МПК7, кл C08F 226/02, C08F 8/32, B010 15/04, 1975].

Недостатком данного способа является невысокая степень очистки раствора от ионов трехвалентного железа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ ионообменной очистки сточный вод и технологических растворов от ионов металлов переменной валентности путем их пропускания через смесь аминокарбоксильного катеонита и низкоосновного анионита полимеризационного типа, взятых в катионной и анионной форме, при этом в качестве смеси используют сополимер метилметакрилата, дивинилсульфида, дивинилбензола и гидразида полиметакриловой кислоты, при соотношении этилендиаминовых и гидразидных группировок в сополимере 1:1 [Патент RU №2434811), C02F 1/42, МПК 7, 01J 43/00, B01J 20/26, 2011 г.].

Недостатком данного способа является его ограниченная работоспособность при очистке сточных вод, содержащих ионы таких металлов, как Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺.

Технический результат изобретения - удаление из воды ионов металлов переменной валентности: Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, а также ионов металлов: Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺, при сохранении сорбентом сорбционной активности, широких значений pH водного раствора и числа циклов «очистка - регенерация».

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе ионообменной очистки сточных вод и технологических растворов от ионов металлов путем их пропускания через сорбент, содержащий гидразидные группы, согласно изобретению в качестве сорбента используют активированный уголь, предварительно обработанный газовой смесью аммиака и гидразина, взятых в объемных соотношениях 1:2-2,5, при температуре 350-450°C.

В предложенном способе эффект улучшенной водоочистки достигается за счет улучшенной структуры активного угля. Для этого процесс осуществлялся в следующих условиях: температура 350-450°C, обработка газовой смесью аммиака и гидразина, взятых по объему в соотношении 1:2-2,5, время обработки составляло 2-5 минут. Такие условия процесса позволяют модифицировать пористую структуру угля и увеличить пористость, что дает условия для приобретения углем свойств по сорбции из водной фазы не только ионов металлов переменной валентности: Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, а также ионов следующих металлов: Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺.

Технический результат, который достигается вышеизложенной совокупностью существенных признаков, объясняется тем, что при таком способе очистки проявляется комплексная активность сорбента с использованием, помимо имеющихся в активном угле структур, аминогрупп -NH₂ и гидразидных группировок -NH-NH₂.

Данный сорбент не теряет механической прочности в цикле работа - регенерация. Набор активных группировок позволяет удерживать широкое разнообразие ионов металлов: Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺, не ухудшая при этом степени очистки от ионов металлов переменной валентности: Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺. При этом из воды удаляются, помимо прочих, загрязнения ионогенного характера, она становится чистой, пригодной для использования в водообороте. Способ апробирован на лабораторной установке.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 1

500 мл водного раствора, содержащего ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺ и Fe³⁺ при содержании 1,40 мг/л и ионы металлов Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺ при содержании не выше 0,01 мг/л (следы) (см. табл.), самотеком пропускают через колонку высотой 100 мм и диаметром 11,3 мм, наполненную на 80% активированным углем, предварительно обработанным газовой смесью аммиака и гидразина, взятых в соотношении 1:2 по объему, при температуре 350°C. В очищенном водном растворе по результатам жидкофазного хроматографического анализа ионы Cr³⁺ и Fe³⁺ отсутствуют, ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ не превышают допустимых значений, экологически опасные ионы металлов Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺ отсутствуют, то есть качество очистки воды значительно улучшается.

Пример 2

500 мл технологического раствора, используемого в металлообработке производства ООО «Волгограднефтемаш», содержащего ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺ и Co²⁺ (см. табл.), самотеком пропускают через колонку высотой 100 мм и диаметром 11,3 мм, наполненную на 80% активированным углем, предварительно обработанным газовой смесью аммиака и гидразина, взятых в соотношении 1:2 по объему, при температуре 350°C. В очищенном технологическом растворе по результатам жидкофазного хроматографического анализа ионы Cr³⁺и Fe³⁺ отсутствуют, ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ не превышают допустимых значений, экологически опасные ионы металлов Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺ отсутствуют, то есть качество очистки технологического раствора значительно улучшается. Результаты по сравнению с прототипом представлены в таблице.

Пример 3

500 мл сточных вод производства ООО «Метизный завод», содержащих ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺и Co²⁺ (см. табл.), самотеком пропускают через колонку высотой 100 мм и диаметром 11,3 мм, наполненную на 80% активированным углем, предварительно обработанным газовой смесью аммиака и гидразина, взятых в соотношении 1:2,5 по объему, при температуре 450°C. Очищенные сточные воды содержат ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ в концентрациях, не превышающих допустимых значений, экологически опасные ионы металлов Bi³⁺, Zr⁴⁺, Sr²⁺, Co²⁺ отсутствуют, то есть качество очистки сточных вод значительно улучшается.

Предлагаемый способ
Состав (мг/л) и параметры	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Прототип
Cu²⁺	1,40	1,39	1,43	1,40
Zn²⁺	1,40	1,40	1,44	1,40
Ni²⁺	1,40	1,36	1,42	1,40
Cr³⁺	1,40	1,40	1,40	1,40
Fe³⁺	1,40	1,38	1,43	1,40
Ионы металлов (не
более 0,01 мг/л)
Bi³⁺	+	+	+	+
Zr⁴⁺	+	+	+	+
Sr²⁺	+	+	+	+
Co²⁺	+	+	+	+
pH раствора	3,5-5	3,5-5	3,5-5	3,5-5
Объем очищенной воды мл/мл ионита	300	300	300	300
pH очищенной воды	7,0	7	7	7
Изменение объема сорбента, %	0,0÷+0,4	0,0÷+0,4	0,0÷+0,4	0,0÷+0,4
Число циклов «работа-регенерация» без ухудшения показателей очищенной воды	22	22	22	22"
Bi³⁺	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют	есть
Zr⁴⁺	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют	есть
Sr²⁺	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют	есть
Co²⁺	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют	есть
Cu²⁺ (мг/л)	0,005	0,005	0,005	0,005
Zn²⁺ (мг/л)	0,007	0,007	0,007	0,007
Ni²⁺ (мг/л)	0,001	0,001	0,001	0,001
Cr³⁺	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют
Fe³⁺	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют	отсутствуют

Таким образом, разработанное техническое решение содержит признаки, достаточные для получения нового технического результата, оговоренного формулой изобретения.

Способ ионообменной очистки сточных вод и технологических растворов от ионов металлов путем их пропускания через сорбент, содержащий гидразидные группы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют активированный уголь, предварительно обработанный газовой смесью аммиака и гидразина, взятых в объемных соотношениях 1:2-2,5, при температуре 350-450°C.

Похожие патенты:

Аппарат для очистки воды // 2550191

Изобретение относится к очистке воды методом кристаллизации и может быть использовано в быту, пищевой промышленности и медицине. Аппарат для очистки воды включает термостатированную теплообменную емкость 1, средства подачи исходной воды на очистку и средства 2 слива талой воды и жидкого концентрата загрязнений, средства 3 для охлаждения и замораживания воды и средства 5 плавления льда с охлаждающими 4 и нагревательными элементами 6, блок управления 7, связанный со средствами подачи исходной воды на очистку и слива талой воды и жидкого концентрата загрязнений 2 из теплообменной емкости 1 и средствами для охлаждения и замораживания воды 3 и плавления льда 5.

Способ обезвреживания циансодержащих растворов и пульп // 2550189

Изобретение относится к способам очистки, обезвреживания цианид- и роданидсодержащих сточных вод и может быть использовано для обезвреживания жидкой фазы и пульпы хвостов цианидного выщелачивания благородных металлов из руд, концентратов и техногенных отходов.

Биогибридный материал для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов // 2549685

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биогибридный композиционный материал для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов.

Способ очистки природной воды // 2549420

Изобретение относится к области очистки природной воды для хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, в том числе маломутной цветной низкотемпературной воды.

Композиции на основе извести, способ их приготовления и их применение для обработки вод и шламов // 2549393

Изобретения могут быть использованы для обработки сточных вод и кондиционирования шламов перед их обезвоживанием. Композиция на основе извести для обработки вод и шламов содержит по меньшей мере один минеральный агент, содержащий по меньшей мере известь и по меньшей мере один линейный, разветвленный и/или поперечно сшитый гидрофильный органический полимер неионного, анионного, катионного или амфотерного происхождения.

Устройство для очистки воды напорной флотацией // 2549244

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости и может быть использовано для очистки воды от дисперсных примесей и очистки сточных и природных вод. Устройство позволяет очищать не только воду, но и другие жидкости, близкие по вязкости к воде, например, бензины, дизтопливо, подсолнечное масло, виноматериал и т.д.

Устройство для очистки воды // 2549241

Изобретение относится к фильтровальной технике и предназначено для решения проблемы очистки воды от более легких жидкостей, которые образуют сплошную среду в виде пленки разной толщины, а также удаления дисперсных примесей разного происхождения.

Устройство для очистки жидкости // 2549240

Изобретение относится к области очистки жидкости, в частности воды, от дисперсных примесей напорной флотацией. Устройство для очистки воды напорной флотацией содержит флотационную камеру, в которую вводится флоккулированная вода, смешанная с микропузырьками, образованными устройством для смешивания воды с воздухом, напорный бак, расположенный перед флотационной камерой, согласно изобретению устройство для смешивания воды с воздухом установлено между флотационным насосом и напорным баком и состоит из расходомера для воды, соединенного по потоку воды по крайней мере с одним смесителем, который представляет собой трубу с запорной арматурой, с патрубками с фланцами для подачи и отвода воды, внутри которой установлен фильтрующий цилиндрический картридж с патрубком для подачи сжатого воздуха, который соединен по потоку воздуха через вентиль и счетчик расхода газа с компрессором.

Непрерывнодействующий подземный генератор биоводорода // 2549237

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для получения биогаза (биоводорода) из сточных вод от животных и людей. Задача изобретения - превращение работоспособной периодически действующей с ручной загрузкой-выгрузкой биогенераторной установки для получения биогаза низкого давления в промышленную непрерывно действующую установку по производству биогаза (биоводорода) высокого давления (10-12 МПа) путем размещения биореактора в Земле на глубине порядка 2000 м, что обеспечит оптимальные температурные условия реакций анаэробного преобразования биомассы, создаст условия для самотечной загрузки биореактора биомассой, газолифтной выгрузки биогаза и остаточной биопульпы. Для получения биоводорода предусмотрены системы: укисления биомассы до рН 5,49; засева биомассы водородогенными микроорганизмами; подачи биологического катализатора в зону реакции биореактора, Для устройства непрерывнодействующих подземных генераторов биогаза (биоводорода) может быть использовано штатное буровое оборудование и материалы. Предлагаемое изобретение является идеально энергосберегающим и экологически безопасным. .

Устройство для очистки и обеззараживания воды // 2548977

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки и обеззараживания воды. Устройство для очистки и обеззараживания воды содержит корпус 1, снабженный крышкой 2, фильтрующий элемент 3, входной штуцер 4 и отстойник 6.

Формованный сорбент внииту-1пвп, способ его изготовления и способ лечения эндометрита // 2545743

Изобретение относится к области медицины, а именно к формованному сорбенту с антибактериальными свойствами для лечения эндометрита, представляющему собой нанодисперсный мезопористый углеродный материал с удельной адсорбционной поверхностью не более 50 м2/г и прочностью на раздавливание не менее 20 кг/см2, содержащему поливинилпирролидон в количестве не менее 5,0%, характеризующемуся тем, что выполнен в виде цилиндров диаметром 2-4 мм, длиной 15-25 мм с одним внутренним каналом круглого сечения, к способу его изготовления, а также к способу лечения эндометрита.

Способ получения хемосорбента для очистки инертных газов и газов-восстановителей от примесей // 2533491

Изобретение относится к способу получения сорбентов для очистки газов. Инертную неорганическую подложку пропитывают раствором литий алюминий гидрида в диэтиловом эфире.

Поглощение летучих органических соединений, образованных из органического материала // 2516163

Настоящее изобретение относится к применению водородной формы легированного палладием цеолита ZSM-5 для поглощения летучих органических соединений (VOC), образующихся из органического вещества.

Способ получения сорбента для газовой хроматографии // 2496572

Изобретение относится к аналитической газовой хроматографии, в частности к способам создания сорбентов для анализа органических веществ, в том числе и загрязнителей окружающей среды.

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // 2495830

Изобретение может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод.

Способ получения сорбентов // 2490058

Изобретение относится к технологии синтеза неорганических сорбентов, которые могут быть использованы в экологии, водоподготовке, радиохимии и переработке жидких радиоактивных отходов.

Способ получения композиционного сорбента на основе сульфида свинца // 2488439

Изобретение относится к технологиям получения сорбентов для извлечения серебра из сточных вод и технологических растворов. .

Способ и аппарат для получения сорбента, главным образом, для удаления мышьяка из питьевой воды // 2484892

Изобретение относится к способу и аппарату для получения сорбента, главным образом для удаления мышьяка из питьевой воды. .

Способ получения сорбента для очистки воды // 2483798

Изобретение относится к области получения сорбционных и фильтрующих материалов для очистки воды, преимущественно, от марганца и железа. .

Углеродный сорбент с антибактериальными свойствами и способ его получения // 2481848

Изобретение относится к технологии получения углеродных сорбентов с антибактериальными свойствами на основе пористых углеродных адсорбентов и предназначено для применения в медицине и ветеринарии.

Продукт для очистки флюидов и способ получения // 2559498

Изобретения могут быть использованы при бактерицидной обработке флюидов, таких как вода и промышленные жидкости. Продукт для очистки флюидов содержит, с одной стороны, пористое тело, имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность, и, с другой стороны, металлизированный слой нанометровой толщины, покрывающий, по меньшей мере, часть наружной и внутренней поверхности пористого тела. Металлизированный слой содержит, по меньшей мере, один металл (Ag), связанный с пористым телом химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил. Металлизированный слой содержит кремний (Si), также связанный с пористым телом химическими связями, возникшими в результате действия внутримолекулярных сил. Способ получения продукта (10) для очистки включает обработку пористого тела, имеющего наружную и внутреннюю удельную поверхность, в реакторе осаждения из плазмы инертного газа в условиях радиочастотного разряда. При этом обработку выполняют путем погружения пористого тела в плазму и инжекции металла (Ag) и кремния (Si) в плазму. Изобретения обеспечивают улучшение бактерицидной обработки флюидов при длительном сохранении бактерицидности обработанных флюидов, например, очищенной воды. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.