Результат интеллектуальной деятельности: АДСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ МЕДИ

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности области очистки сточных вод и утилизации отходов пивоваренной промышленности. Изобретение может быть использовано для удаления их тяжелых металлов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. Предложенный адсорбент позволяет повысить эффективность очистки сточных вод от тяжелых металлов.

Известен адсорбент для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов на основе опоки - твердой, высокопористой горной породы, состоящей из тонких частиц гидратного вещества силикатной природы с примесью песка, глинистых частиц и др. (Климов, Бузаева, 2011) [1].

Недостатком данного адсорбента является недостаточно высокая степень очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Существует органоминеральный сорбент на основе цеолита, имеющего высокомолекулярное полиолефиновое покрытие (патент РФ №2284857, МПК B01J 20/18, B01J 20/26, B01J 20/32, опубл. 10.10.2006 г.) [2].

Для получения данного сорбента требуются дорогостоящие катализаторы, при этом полученный сорбент недостаточно эффективен для удаления тяжелых металлов.

Наиболее близкими адсорбентами, выбранными нами за прототип, являются адсорбенты на основе природных цеолитов - веществ алюмосиликатной природы, применяемые для очистки шахтных вод от тяжелых металлов (Motsi, Rowson, Simmons, 2009; Egashira, Tanabe, Habaki, 2012) [3, 4].

Недостатками адсорбентов на основе природных цеолитов являются узкая область применения адсорбентов, используемых для очистки от тяжелых металлов только шахтных вод, а также не достаточно высокая степень очистки от тяжелых металлов.

Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу очистки сточных вод от тяжелых металлов. Для решения данной задачи используются отработанный кизельгур, являющийся одним из основных отходов пивоваренной промышленности.

Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки сточных вод от тяжелых металлов и уменьшение уровня загрязнения окружающей среды.

Для достижения технического результата используют адсорбент для очистки сточных вод от тяжелых металлов, представляющий собой адсорбент алюмосиликатной природы, отличающийся тем, что в качестве адсорбента алюмосиликатной природы используют отработанный кизельгур, образующийся в качестве отхода при фильтрации пива, высушенный при температурах 50-300°C и подвергнутый термической и химической активации при температурах 60-120°C при помощи 0,5-5,0 М растворов гидроксидов щелочных металлов при соотношении отработанного кизельгура к гидроксиду щелочного металла, составляющего 5-30 г/мл.

Отработанный кизельгур, образующийся на стадии фильтрации пива, является одним из основных отходов пивоваренной промышленности. Он состоит из кизельгура и органических веществ, задержанных им в процессе фильтрации. Частицы кизельгура образованы раковинами морских диатомовых водорослей. Поверхности частиц кизельгура имеют многочисленные поры и полости, многие из которых не превышают одной десятой доли микрометра, что позволяет кизельгуру быть хорошим адсорбентом. Органическая составляющая отработанного кизельгура представлена клетками пивных дрожжей и белками. Отработанный кизельгур содержит около 70-80% воды и сухой остаток, состав которого изменяется в зависимости от типа пива. Биохимический и химический составы отработанного кизельгура представлены в таблицах 1 и 2 соответственно [5]. pH отработанного кизельгура варьируют от 6,1 до 6,8 и зависит от pH отфильтрованной среды, времени фильтрации и условий хранения. Плотность влажного отработанного кизельгура изменяется в соответствии с содержанием в нем воды, например, плотность отработанного кизельгура влажностью 71% составляет 1160 кг/м³ [6, 7].

Осадок кизельгура может заменять широко используемый в качестве адсорбента активированный уголь, имеющий высокую стоимость регенерации. Для получения из отработанного кизельгура адсорбирующего вещества применяют кислотные и щелочные методы его активации [10, 11]. Отработанный кизельгур можно использовать в качестве дешевого пористого адсорбирующего вещества для очистки промышленных сточных вод от гербицидов (например, для уничтожения посадок марихуаны) [8-11].

Отработанный кизельгур, подвергнутый термической и химической активации, увеличивает эффект очистки сточных вод от тяжелых металлов вследствие высокого содержания органических веществ, осевших на чистый кизельгур в процессе фильтрации пива и связанных с кизельгуровой основой, образующих дополнительные адсорбирующие области, взаимодействующие с тяжелыми металлами.

Преимущества данного адсорбента заключаются в повышении степени очистки сточных вод от тяжелых металлов и уменьшении уровня загрязнения окружающей среды.

Пример применения адсорбента.

В плоскодонной колбе вместимостью 250 мл на лабораторных весах взвешивали 5 г адсорбента, полученного из 30 г отработанного кизельгура, высушенного при температуре 105°C, подвергнутого термохимической активации со 100 мл 2,5 М раствора гидроксида натрия при температуре 100°C в течение 60 минут, добавляли цилиндром 70 мл 1%-ного раствора CuSO₄. Содержимое колбы перемешивали на магнитной мешалке при комнатной температуре в течение 30 мин. Степень очистки модельного раствора сточных вод от меди достигала 98,70%.

Список литературы

1. Климов Е.С., Бузаева М.В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. - 201 с.

2. Патент РФ №2284857, МПК B01J 20/18, B01J 20/26, B01J 20/32. Органоминеральный сорбент на основе цеолита и способ его получения / И.Н. Мешкова, В.А. Никашина, В.Г. Гринев, Т.М. Ушакова, И.Б. Серова, О.И. Кудинова, Т.А. Ладыгина, Л.А. Новокшонова. - №2005124708/15; заявл. 03.08.2005; опубл. 10.10.2006.

3. Egashira R., Tanabe S., Habaki H. Adsorption of heavy metals in mine wastewater by Mongolian natural zeolite // Procedia Engineering. - 2012. - V. 42. - P. 49-57.

4. Motsi Т., Rowson N.A., Simmons M.J.H. Adsorption of heavy metals from acid mine drainage by natural zeolite // Int. J. Miner. Process. - 2009. - V. 92. - P. 42-48.

5. Руденко Е.Ю. Биоремедиация нефтезагрязненных почв органическими компонентами отходов пищевой (пивоваренной) промышленности: диссертация … доктора биологических наук: 03.02.08. - Самара, 2015. - 352 с.

6. Russ, W. Kieselguhr sludge from the deep bed filtration of beverages as a source for silicon in the production of calcium silicate bricks / W. Russ, H. , R. Meyer-Pittroff, A. Babeck // Journal of the European Ceramic Society. - 2006. - V. 26. - P. 2547-2559.

7. Schmid, N.A. Verbesserung der filtrationstechnischen Eigenschaften von Filterhilfsmitteln durch ein thermisches Verfahren. Dokt.-Ing. / Schmid Nikolaj Andrej. - Munchen, 2002. - 191 s.

8. Tsai, W.T. Silica adsorbent prepared from spent diatomaceous earth and its application for removal of dye from aqueous solution / W.T. Tsai, K.J. Hsien, J.M. Yang // J. Colloid Interface Sci. - 2004. - V. 275. - P. 428-433.

9. Tsai, W.T. Chemical activation of spent diatomaceous earth by alkaline etching in the preparation of mesoporous adsorbents / W.T. Tsai, K.J. Hsien, CM. Lai // Ind. Eng. Chem. Res. - 2004. - V. 3. - P. 7513-7520.

10. Tsai, W.T. Removal of herbicide paraquat from an aqueous solution by adsorption onto spent and treated diatomaceous earth / W.T. Tsai, K.J. Hsien, Y.M. Chang, C.C. Lo // Bioresour. Technol. - 2005. - V. 96. - P. 657-663.

11. Tsai, W.T. Removal of basic dye (methylene blue) from wastewaters utilizing beer brewery waste / Tsai W.T., Hsu H.C., Su T.Y., Lin K.Y., Lin C.M. // J. Hazard. Mater. - 2008. - V. 154. - P. 73-78.