Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОРБЕНТНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ХРОМА(III), ЖЕЛЕЗА(III), МЕДИ(II) И КАДМИЯ(II)

Изобретение относится к технологиям очистки сточных вод от ионов металлов и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен способ очистки сточных вод от ионов хрома(III) и сопутствующих ионов Fe(III) и Cu(II),включающий использование частиц магнийсодержащего материала, состоящего из гидроскида и карбоната магния, контактирование воды с частицами при их перемешивании с получением дисперсии и образованием в результате реакций ионного обмена их продуктов, состоящих из растворенной в воде соли магния и твердой фазы в виде непрореагировавших частиц магнийсодержащего материала и нерастворимых частиц гидрооксидов Cr, Fe, Cu. (RU, 2424192, C02F 1/28, B01J 20/04, C01F 5/14, C02F 103/16, опубл. 20.07.2011).

Частицы магнийсодержащего материала готовят измельчением природных минералов, содержащих карбонат магния в диапазоне 51,62-52,84% и гидроксида магния в диапазоне 46,13-47,28%. Размер частиц 3-10 мм.

В примерах использования способа была измерена сорбционная способность этих материалов при очистке сточных вод, содержащих только ионы Cr(III), а также совокупность ионов Cr(III), Fe(III) и Cu(II). По хрому она равна 2,45 мг на 1 г, а по сумме всех ионов 4,1 мг на 1 г сорбента.

Сведения о возможности переработки отработанных сорбентов в описании патента не содержатся.

Недостатком способа является низкая эффективность процесса вследствие низкой сорбционной способности природного материала.

Новыми техническими результатами от использования предлагаемого изобретения являются повышение эффективности процесса очистки сточных вод благодаря высокой сорбционной емкости используемого композиционного сорбента и его свойствам.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе очистки сточных вод от ионов из ряда, содержащего ионы хрома(III), железа(III), меди(II), включающем использование в качестве сорбента частиц магнийсодержащего материала, состоящего из смеси гидроксида и карбоната магния, обработку воды сорбентом путем их перемешивания с получением дисперсии и образованием в результате обработки продуктов в виде практически нерастворимых частиц гидроксидов хрома, железа и меди и растворимой соли магния, согласно предложению, ряд ионов дополнительно содержит ионы кадмия(II), в качестве сорбента используют суспендированную в воде смесь частиц гидроксида и карбоната магния, иммобилизованных на целлюлозных волокнах, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, полученную дисперсию разделяют на жидкую и твердую фазу методом напорной флотации с получением продукта очистки в виде флотошлама, состоящего из частиц гидроксидов хрома, железа, меди и карбоната кадмия, иммобилизованных на целлюлозных волокнах. Сорбент содержит 50-300 мас.ч. смеси частиц гидроксида и карбрната магния на ЮОмас.ч. волокон, при этом в сорбенте соотношение количеств гидроксида и карбрната магния может находиться в диапазоне, в мас.%), (20,0-80,0):(80,0-20,0). Сорбент используют в количестве 50-300 мг/дм³ сточной воды.

Способ с использованием установки, содержащей реактор-смеситель, сатуратор и флотатор, осуществляют в непрерывном режиме следующим образом. В реактор-смеситель с любой заданной объемной скоростью (например, со скоростью образования стока) подают сточную воду и заданное количество дисперсии композиционного сорбента, состоящего из целлюлозных волокон с иммобилизованными ими наноразмерными частицами гидроксида и карбоната магния. В реакторе в результате реакций ионного обмена-замещения труднорастворимые гидроксид и карбонат магния преобразуются в практически нерастворимые соединения - гидроксиды Cr, Fe и Cu и карбоната Cd.

Используемые при получении композиционного сорбента целлюлозные волокна и собственно сорбент обладают уникальными свойствами. Волокна, содержащие, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, способны прочно сорбировать минеральные частицы, образующиеся при их химическом осаждении, причем количество сорбированных (иммобилизованных) частиц может достигать, в расчете на ЮОмас.ч. волокон, 500-800 и более мас.ч. При этом образующиеся в результате ионного обмена частицы нового состава под действием сил стяжения также оказываются в сорбированном состоянии.

Композиционный сорбент - это материал с очень высокой дисперсностью образующих его частиц. Сорбированые на целлюлозных волокнах минеральные частицы имеют громадную удельную поверхность и обладают высокой химической активностью. Поэтому скорость преобразования частиц одного ионного состава в частицы другого состава очень велика.

Волокна с указанными характеристиками способны в 15-20 сек образовывать флоккулы и хлопья, которые хорошо удерживают мелкие пузырьки воздуха и поэтому легко флотируются к поверхности воды и образуют устойчивый слой флотошлама. Этим качеством в полной мере обладают и композиционный сорбент, и композиционный продукт очистки воды.

Суспензию из смесителя направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом и подают в камеру флотатора. Давление сбрасывается до нормального и из воды выделяются мелкие пузырьки воздуха. Все взвешенные компоненты суспензии флотируются к поверхности воды и образуют слой флотошлама. Осветленную воду направляют на утилизацию. Флотошлам подают в фильтр-пресс или на центрифугирование, обезвоживают и направляют на утилизацию.

Используемый при очистке воды сорбент содержит 50-300 мас.ч. минеральных компонентов (МК) на 100 мас.ч. волокон и его расходуют в количестве 50-300 мг/дм³ очищаемой воды.

Соотношение в сорбенте количеств гидроксида и карбоната магния может находиться в диапазоне, в мас.%, (20,0-80,0):(80,0-20,0).

Хром и сопутствующие ему металлы в сточной воде находятся, как правило, в виде сульфатов. Поэтому в очищенной воде содержится сульфат магния. Эту соль используют для получения композиционного сорбента с указанным выше составом магнийсодержащих компонентов. Соответственно, очищенную воду можно утилизировать именно с этой целью.

Флотошлам, содержащий минеральные компоненты в виде гидроксидов и карбонатов соответствующих металлов, можно утилизировать известным способом.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. Очищают воду с содержанием ионов хрома в составе квасцов 100 мг/дм³. Воду и суспензию сорбента с соотношением МК:ЦВ=300:100 и соотношением в МК гидроксид магния: карбонат магния 80:20 и расходом сорбента 300 мг/дм³ подают в проточный смеситель, затем в сатуратор, далее во флотатор и с использованием метода напорной флотации отделяют от воды твердые продукты ее очистки в виде флотошлама. Флотошлам состоит из целлюлозных волокон с прочно иммобилизованными на них частицами продуктов очистки в воде гидроксида хрома, а также частицами непрореагировавших гидроксида и карбоната магния. Сухие вещества шлама содержат 56,25 мг ЦВ, 211,8 мг Cr(OH)₃, 11,7 мг Mg(OH)₂ и 45 мг MgCO₃ или 0,44 мас.ч. Cr на 1 мас.ч. МК. Ионы хрома в очищенной воде не содержатся. Степень использования Mg в МК 89,3%.

Пример 2. В отличие от примера 1, очищают воду, содержащую в 1 дм³ 25 мг Cr, 30 мг Fe и 40 мг Cu. Используют сорбент с соотношением МК:ЦВ=175:100 и соотношением в МК гидроксид магния: карбонат магния 70:30 при его расходе 225 мг/дм³. Сухие вещества флотошлама содержат 81,8 мг ЦВ, 49,52 мг Cr(OH)₃, 57,04 мг Fe(OH)₃ и 61,41 мг Cu(OH)₂. Степень использования Mg в МК сорбента - 96,58%.

Пример 3. В отличие от примера 1, очищают воду, содержащую в 1 дм³ 2,4 мг Cr, 2,8 мг Fe, 4,2 мг Cu, 2,4 мг Cd. Используют сорбент с соотношением МК:ЦВ=50:100 и соотношением гидроксид магния:карбонат магния=50:50 при его расходе 50 мг/дм³. Сухие вещества шлама содержат 33,3 мг ЦВ, 5,55 мг Cr(OH)₃, 5,35 мг Fe(OH)₃, 6,45 мг Cu(OH)₂ и 3,68 мг CdCO₃. Степень использования Mg в сорбенте - 95,5%.

Пример 4. В отличие от примера 1, очищают воду, содержащую в 1 дм³ 9,85 мг Cr, 16,83 мг Fe, 36,96 мг Cd. Используют сорбент с соотношением МК:ЦВ=120:100 и соотношением в МК гидроксид магния: карбонат магния=20:80 при его расходе 150 мг/дм³ воды. Сухие вещества содержат 68,18 мг ЦВ, 19,51 мг Cr(OH)₃, 32,20 мг Fe(OH)₃, 56,7 мг CdCO₃. Степень использования Mg в МК сорбента - 96,58%.