Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УДАЛЕНИЯ НИТРИТ-ИОНОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к способам очистки воды от нитрит-ионов.

Известен способ удаления нитрит-ионов из водных растворов окислением их гипохлоритом натрия до нитратов (Волынец М.П., Волынец В.Ф. Аналитическая химия азота. М., «Наука», 1977, с.128, аналог).

Недостатки известного способа:

- рабочие растворы гипохлорита натрия со временем разлагаются и теряют свою активность, что предусматривает применения дорогостоящего оборудования для их хранения: рабочие растворы гипохлорита натрия хранят в защищенных от света емкостях со специальным внутренним покрытием, оснащенных воздушниками для выделяющегося кислорода.

Известен также способ удаления нитрит-ионов из водных растворов окислением их пероксидом водорода (Селюков А.В., Скурлатов И.Ю., Козлов Ю.П. Применение пероксида водорода в технологии очистки сточных вод. «Водоснабжение и санитарная техника», 1999, №12, с.25, аналог).

Недостатки известного способа:

- пероксид водорода неустойчив и разлагается с выделением кислорода и воды;

- применение дорогостоящего оборудования для хранения пероксида водорода.

Наиболее близким к заявляемому является способ очистки воды от нитритов, известный из RU 2122979, 10.12.1998, прототип, включающий обработку водного раствора, содержащего нитрит-ионы, в электрохимической ячейке.

В известном способе в воду вводится восстановитель в виде сульфата железа и после этого вода подается на катализатор (сульфоуголь).

Недостатки прототипа:

- осуществление процесса в две стадии: обработка восстановителем (сульфат железа), использование катализатора (сульфоуголь);

- восстановитель является расходным материалом, а катализатор требует периодической регенерации и тоже через некоторое время требует замены.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в экономии расходных материалов и снижении энергетических затрат.

Технический результат достигается тем, что оба электрода электрохимической ячейки являются инертными графитовыми или угольными, межэлектродное пространство заполнено водным раствором хлорида натрия концентрации 0,15÷0,20% по массе, напряжение на электродах: 19,0÷19,5 В, плотность тока: 0,4÷0,6 А/см², время электролиза: 20÷40 минут.

Окислительная очистка сточных вод от нитрит-ионов эффективна при применении реагентов, содержащих активный хлор, в частности гипохлоритов.

Источниками активного хлора, как правило, являются хлорная известь - хлорат кальция и гипохлорит кальция.

Транспортировка, хранение и использование такого рода реагентов представляют большие трудности: необходимы и специальная тара, и специальные помещения, а воздух рабочей зоны производственного цеха для проведения процесса очистки воды чаще всего не соответствует санитарным нормам по предельно-допустимой концентрации хлора.

Необходимо исключить контакт рабочего персонала непосредственно с токсичными реагентами.

Заявляемый способ очистки водных растворов от нитрит-ионов с участием активного хлора позволяет отказаться от транспортировки, складирования, загрузки токсичных реагентов в реактор. Реагент, содержащий активный хлор, является результатом электрохимических реакций непосредственно в зоне взаимодействия с окисляемой примесью, то есть с нитрит-ионами.

Водный раствор, содержащий нитрит-ионы в количестве 170÷190 мг/л, поступает в смеситель, куда добавляют хлорид натрия с таким расчетом, чтобы концентрация хлорида натрия в растворе была равна 0,15÷0,20% (по массе), а затем - в электрохимическую ячейку с инертными графитовыми электродами.

На электроды подается напряжение в диапазоне 19,0÷19,5 В.

Реакции, протекающие на электродах.

В водном растворе присутствуют катионы, конкурирующие на катоде: H⁺ и Na⁺. В соответствии с рядом активности металлов в растворе останутся ионы натрия, а ионы водорода будут восстанавливаться до газообразного водорода, который и выделится в атмосферу.

2H⁺ + 2е^. → H₂

На аноде ионы хлора будут разряжаться с превращением в хлор.

2Cl^- - 2e^. → Cl₂

Выделяющийся хлор растворится в водном растворе с образованием хлорноватистой кислоты:

Cl₂ + H₂O → НClO + HCl

Хлорноватистая кислота удаляет нитрит-ионы из исходного раствора окислением до нитрат-ионов:

НClO + NO₂ ^. → HCl + NO₃ ^.

Эффективность метода очистки водных растворов от нитрит-ионов оценивается рядом факторов: плотностью тока, напряжением на электродах, материалом электродов, затратами энергии.

Плотность тока и напряжение на электродах определяют количество потребляемой энергии. Снижения энергозатрат можно добиться увеличением электропроводности водного раствора, подвергаемого электролизу. Водный раствор, имеющий низкую ионную силу, соответствует диэлектрикам; добавление электролита резко повышает его электропроводность.

В заявляемом изобретении таким электролитом является хлорид натрия. В изобретении предлагается использовать хлорид натрия с таким расчетом, чтобы его концентрация в водном растворе составляла 0,15÷0,20% (по массе). Более высокий уровень концентрации хлорида натрия обусловливает ускорение процесса окисления хлорид-ионов, но в целом процесс становится экономически менее выгодным.

Для создания условий нормального протекания электрохимических реакций и поддержания электропроводности на оптимальном уровне температура в электрохимической ячейке поддерживается в диапазоне 17÷20°C.

Способ осуществляется следующим образом.

В смеситель, оснащенный пропеллерной мешалкой, загружают водный раствор, содержащий 170÷190 мг/л нитрит-ионов, и хлорид натрия. Соотношение водного раствора и хлорида натрия должно соответствовать 0,15÷0,20%-ной концентрации (по массе) хлорида натрия. Центробежным насосом однородный раствор, полученный после смешения, перекачивают в электролизер периодического действия ящичного типа с инертными угольными электродами и неразделенными анодным и катодным пространствами. Электролизер снабжен рубашкой, имеющей входное и выходное отверстие для подачи охлаждающей воды. Температура подвергаемого электролизу водного раствора поддерживается в диапазоне 17÷20°C. Напряжение на электродах: 19,0÷19,5 В; плотность тока: 0,4÷0,6 А/см², время электролиза: 20÷40 минут. По окончании процесса обезвреживания водный раствор самотеком поступает в накопитель.

Остаточное содержание нитрит-ионов - 0,01÷0,07 мг/л, что позволяет сбрасывать обезвреженные воды в канализацию.

Контроль качества обезвреженного водного раствора осуществляется определением содержания нитрит-ионов в пробах воды из накопителя фотометрическим методом, с реактивом Глисса (ПНДФ 14.1:2.3.95). Методика одобрена Главным управлением аналитического контроля и метрологического обеспечения природоохранной деятельности и главным метрологом Минприроды РФ.

Примеры выполнения способа.

Пример 1.

В 100 л водного раствора, содержащего 17,5 г нитрит-ионов, растворяют 150 г хлорида натрия. После получения однородного раствора осуществляют процесс электролиза при напряжении на электродах 19 В, плотности тока 0,4 А/см² и времени электролиза 20 мин.

В пробах водного раствора из накопителя остаточное содержание нитрит-ионов: 0,16 мг/л.

При разбавлении обезвреженных вод техническими производственными водами до остаточной концентрации нитрит-ионов: 0,08 мг/л (предельно-допустимой концентрации для сточных вод) возможен их сброс в канализацию.

Пример 2.

В 100 л водного раствора, содержащего 18,3 г нитрит-ионов, растворяют 150 г хлорида натрия. После получения однородного раствора осуществляют процесс электролиза при напряжении на электродах 19,3 В, плотности тока 0,5 А/см² и времени электролиза 28 мин. В пробах водного раствора из накопителя остаточное содержание нитрит-ионов: 0,07 мг/л, что ниже предельно допустимой концентрации нитрит-ионов в сточных водах.

Заявляемый способ апробирован на очистных сооружениях гальванического производства ОАО «Ритм». Осуществление способа не требует больших энергетических затрат: расход электроэнергии на 100 л водных растворов, содержащих нитрит-ионы в количестве 170÷190 мг/л, - 130÷150 Вт.