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

Изобретение относится к сорбционным способам очистки сточных вод от ионов хрома (III) и меди (II) и может быть использовано в металлургической и химической промышленности, на предприятиях, имеющих травильные и гальванические цеха, где используются соединения хрома и меди, в кожевенном производстве при хромовом дублении кож, а также для решения проблем охраны окружающей среды.

Известны сорбционные способы очистки сточных вод от ионов хрома и меди; в качестве сорбентов предложены природные материалы или отходы производств, например, природные цеолиты, предварительно обработанные раствором щавелевой кислоты с концентрацией 0,05-0,1 моль/л при pH=1-2 [Патент №2051112, МПК C02F 1/28, опубл. 27.12.1995]; углеволокнистые фильтрующие материалы [Патент №2006102471, МПК C02F 1/28, опубл. 10.08.2007]; древесные опилки, переведенные обработкой в SO₄ ^2--форму [Патент №2125021, МПК C02F 1/28, C02F 1/62, опубл. 20.01.1999], древесные опилки, выдержанные в растворе фосфата натрия в течение 10 часов [Патент №2313388, МПК B01J 20/24, B01J 20/30, опубл. 27.12.2007]; органоминеральный сорбент на основе гальваношлама, гранулированного полимерным связующим (перхлорвинилом или акрилатом бутадиенстирола) [Патент №2125972, МПК C02F 1/62, C02F 1/58, опубл. 10.02.1999]; лигнин, произведенный на биохимических предприятиях в смеси с зольной жидкостью, полученный озолением сырья КРС кожевенных предприятий [Патент №2088541, МПК C02F 1/62, C02F 1/28, опубл. 10.08.1996] и др.

Недостатки этих методов - технологические сложности при подготовке сорбентов, расход химических реагентов, невысокая скорость процесса очистки.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ очистки сточных вод от ионов хрома (III) магнийсодержащим природным материалом [Патент №2424192, МПК C02F 1/28, B01J 20/04, C01F 5/14, C01F 5/24, C02F 103/16, опубл. 20.07.2011]. Предлагаемый сорбент состоит из карбоната магния (51,62-52,84%) и гидроксида магния (46,13-47,28%), измельченного до зерен размером от 3 мм до 10 мм, при контакте фаз в течение 20-30 минут.

Недостатки способа-прототипа - длительность процесса очистки, использование природных магнийсодержащих реагентов, распространение которых ограничено в земной коре.

Технической задачей изобретения является увеличение скорости процесса очистки сточных вод от ионов хрома (III) и меди (II) при сохранении высокой степени очистки, расширение круга применяемых при обработке сточных вод реагентов за счет техногенных отходов.

Технический результат достигается тем, что в качестве реагента при очистке сточных вод от ионов хрома (III) и ионов меди (II) используют лом асбестоцементного шифера, который измельчают до зерен размером от 0,5 мм до 3 мм, время контакта реагента и сточной воды составляет 3-5 минут.

Асбестоцементный шифер - прочный строительный материал, используемый для покрытия крыш, отделочных работ, в производстве труб. Его готовят из смеси, состоящей из портландцемента (85%), асбеста (11%) и воды.

Портландцемент состоит из оксида кальция, кремнезема, глинозема и оксида железа (III), в масс. %: CaO - 60-67, SiO₂ - 17-25, Al₂O₃ - 3-8, Fe₂O₃ - 0,5-6, MgO - 0,1-4.

Асбест - это группа тонковолокнистых материалов из класса силикатов. Различают 2 типа асбестов: хризотил-асбест (серпентин-асбест, или белый асбест) и амфибол-асбест. Основной вид асбеста, применяемого в настоящее время в промышленности, в том числе в производстве шифера, - хризотил-асбест, имеющий состав 3 MgO·2 SiO₂·2H₂O.

При использовании изделий из асбестоцементного шифера образуются отходы в виде лома, которым нужно найти практическое применение.

Исследование состава лома асбестоцементного шифера, используемого в работе, показало, масс. %: CaO - 51,0-56,95; SiO₂ - 18,74-25,54; Al₂O₃ - 2,55-6,80; Fe₂O₃ - 0,43-5,10; MgO - 5,06-8,23; H₂O - 4,07-9,13.

Опыты по очистке сточных вод от ионов хрома (III), а также от ионов меди (II) проводили, используя модельные растворы и сточные воды гальванического цеха.

Содержание хрома контролировали спектрофотометрическим методом, используя дифенилкарбазид в качестве реагента.

Ионы хрома (III) окисляют в кислой среде персульфатом аммония до дихромат-ионов (Cr₂O₇ ^2-). Дифенилкарбазид образует с ними соединение фиолетового цвета с молярным коэффициентом поглощения, равным 4,2·10⁴ при λ=540 нм.

Содержание меди определяли спектрофотометрическим методом, используя в качестве реагента гидроксид аммония. Молярный коэффициент поглощения аммиачного комплекса меди (II) [Cu(NH₃)₄]²⁺ равен 1,0·10² при λ=640 нм.

Эффективность предлагаемого способа очистки сточных вод от ионов Cr³⁺и Cu²⁺и необходимость предлагаемых условий для достижения цели иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1. В химические стаканы емкостью до 200 мл помещали по 50,0 мл растворов, содержащих сульфат хрома (III) с концентрацией иона хрома (III) - 0,53 г/л, добавляли лом асбестоцементного шифера, измельченный до зерен размером от 0,5 мм до 3 мм, перемешивали магнитной мешалкой при комнатной температуре. Через определенные промежутки времени отбирали пробы для анализа. В процессе эксперимента изменяли массу сорбента и время контакта фаз. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Согласно полученным данным, после 3-5-минутного перемешивания смеси эффективность очистки раствора от ионов хрома (III) составляет 100%.

Пример 2. В химические стаканы емкостью до 200 мл помещали по 50,0 мл растворов, содержащих сульфат хрома (III) с концентрацией иона хрома (III) - 0,53 г/л и сульфат меди (II) с концентрацией иона меди (II) - 0,40 г/л добавляли лом асбестоцементного шифера, измельченного до зерен размером от 0,5 мм до 3 мм, перемешивали магнитной мешалкой. Через определенные промежутки времени отбирали пробы и определяли в них содержание Cr³⁺и Cu²⁺. Результаты исследований приведены в таблице 2.

По результатам анализов можно сделать заключение, что добавление лома асбестоцементного шифера приводит к 100%-ному удалению из растворов ионов хрома (III) и меди (II).

Пример 3. В аналогичных условиях подвергали очистке сточные воды гальванического цеха ОАО «Электроагрегат» (г. Курск), содержащие ионы хрома (III) - 2,4 мг/л, ионы меди (II) - 0,031 мг/л.

К 100 мл сточной воды добавляли 2 г лома асбестоцементного шифера, измельченного до зерен размером от 0,5 мм до 3 мм, перемешивали магнитной мешалкой в течение 3 минут. В отобранных пробах определяли содержание ионов хрома (III) и меди (II) указанными выше методами. Результаты анализов приведены в таблице 3.

Полученные данные показывают, что удаление ионов хрома (III) и меди (II) из сточных вод при введении лома асбестоцементного шифера происходит до норм, соответствующих ПДК.

Заявленный способ, по сравнению с прототипом, позволяет увеличить скорость процесса очистки сточных вод от ионов хрома (III), так как полное (100%-ное) удаление хрома (III) наблюдается за 3-5 минут контакта фаз, а по прототипу для полной очистки воды от ионов хрома (III) требуется 10-20 минут.

Другими преимуществами способа являются:

― снижение затрат на очистку сточных вод за счет использования отходов производства - лома асбестоцементного шифера;

― решение задачи утилизации лома асбестоцементного шифера;

― возможность использовать очищенную воду в оборотном цикле или непосредственно сбрасывать в природные водоемы.