Способ очистки загрязненной водной среды

Способ очистки загрязненной водной среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области очистки водной среды, в частности к способам очистки загрязненной водной среды с использованием адсорбента, и может быть использовано при очистке водной среды, загрязненной ионами тяжелых металлов, в частности ионами свинца.

Известен способ очистки сточных вод с использованием адсорбента на основе торфа. (Патент РФ №2156163, B01J 20/20; 20/06; 20/08, опуб. №26, 2000 г.).

Недостатком известного способа является неспособность адсорбента извлекать ионы тяжелых металлов из загрязненных водных сред.

Известен также способ очистки сточных вод с использованием адсорбционного материала в виде активированного угля и активированных углеродных волокон. (Патент РФ №2132729; B01J 20/20; B01D 39/02; C02F 1/28, опуб. №19, 1999 г. - прототип).

Недостатком известного способа является неспособность адсорбента извлекать ионы тяжелых металлов из загрязненных водных сред.

Техническая задача изобретения состоит в расширении технологической возможности способа очистки загрязненной водной среды за счет способности адсорбента извлекать ионы тяжелых металлов, в частности ионы свинца, содержащихся в загрязненной водной среде, при минимальной продолжительности процесса очистки водной среды и при высоком качестве очистки, а также в исследовании возможности эффективного использования для этого адсорбента в виде древесного угля.

Техническая задача достигается тем, что в способе очистки загрязненной водной среды, включающем обработку загрязненной водной среды адсорбентом, - обработке адсорбентом подвергают загрязненную водную среду, содержащую ионы тяжелых металлов, а в качестве адсорбента используют древесный уголь, полученный путем пиролиза предварительно уплотненной натуральной древесины мягкой лиственной породы, причем обработке адсорбентом подвергают загрязненную водную среду, содержащую, например, ионы свинца, адсорбент используют в количестве, например, 1 г на 100 мл водной среды, обработку адсорбентом проводят, например, в течение 5 мин, а в качестве древесины для адсорбента используют предварительно уплотненную перед пиролизом древесину, например, осины.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:

- обработке адсорбентом подвергают загрязненную водную среду, содержащую ионы тяжелых металлов;

- в качестве адсорбента используют древесный уголь, полученный путем пиролиза предварительно уплотненной натуральной древесины мягкой лиственной породы;

- обработке адсорбентом подвергают загрязненную водную среду, содержащую, например, ионы свинца;

- адсорбент используют в количестве, например, 1 г на 100 мл водной среды;

- обработку адсорбентом проводят, например, в течение 5 мин;

- в качестве древесины для получения адсорбента используют предварительно уплотненную перед пиролизом уплотненную древесину, например, осины.

Это позволит расширить технологическую возможность способа очистки загрязненной водной среды за счет способности адсорбента извлекать ионы тяжелых металлов, в частности ионы свинца, содержащиеся в загрязненной водной среде, при минимальной продолжительности процесса очистки водной среды и при высоком качестве очистки, а также исследовать возможность эффективного использования для этого адсорбентов в виде древесного угля.

Заявители считают необходимым сообщить, что заявленный способ находится в настоящее время в стадии исследования и поэтому количество вводимого в загрязненную водную среду адсорбента и время проведения обработки могут быть только примерными.

Способ осуществляли следующим образом.

ПРИМЕР.

Для получения адсорбента мягкую лиственную древесину с исходной влажностью 30%, в частности осину, в любом виде уплотняют, например, в 2,5 раза на любом из известных промышленных устройств. Уплотненную древесину выдерживают в термокамере до снижения ее влажности до 4,0-6,7%. Время термообработки может составлять, например, 4 часа.

Глубокое уплотнение древесины способствует созданию равномерно пористой адсорбционной структуры. Причем при силовом воздействии на древесину дополнительно вскрываются «глухие микропоры». Кроме того, уплотнение компенсирует природный градиент плотности, которая зависит не только от природы. Она не одинакова даже в частях одного дерева: у ядра она больше, чем у заболони, в основании ветвей - больше, чем у ядра. Имеет влияние возраст дерева, условия произрастания и т.д.

Полученную уплотненную древесину после термокамеры подвергали пиролизу, полученный древесный уголь измельчали и сепарировали, выбирая угольные частицы фракции, например, 0,1-0,3 мм.

Модификация древесины путем уплотнения способствует устранению механических повреждений структуры древесного угля, который по своей природе не является сплошным телом; обычно он имеет большое количество трещин, происхождение которых весьма своеобразно. Трещины образуются в процессе роста дерева, в процессе пиролиза древесины и при охлаждении древесного угля.

Частицы полученного древесного угля подвергали испытаниям на адсорбционные свойства при их взаимодействии с ионами тяжелых металлов в водной среде. В качестве загрязненного водного раствора ионами тяжелых металлов при исследовании использовали модельный водный раствор нитрата свинца. Испытанию подвергали следующие образцы древесного угля, полученного из древесины:

- осины натуральной, образец №1 (т.е. неуплотненной);

- осины уплотненной в 2.5 раза относительно первоначального объема, образец №2;

- дуба натурального, образец №3 (т.е. неуплотненной).

Исследования выполнены в центре исследования качества воды (Санкт-Петербург) с использованием метода атомной эмиссии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре IRIS Intrepid II XDL DUO фирмы Thermo Jarrel 1 Ash. Погрешность измерений составляла ±0.0015 мг/дм³.

Объем пробы модельного раствора нитрата свинца Pb(NO3)2	50 мл
Масса древесного угля в пробе	0,5 г
Исходная концентрация ионов свинца Pb2+
при испытаниях	0,55 мг/дм3

Усредненные данные исследований образцов, зафиксированные Протоколом №254 от 31.05.2007 г. Центра исследования качества воды, представлены в таблице 1.

Качественная и количественная картина адсорбции ионов свинца образцами древесного угля очевидна из данных табл.1.

Для оценки интенсивности процесса адсорбции различными образцами древесного угля введем коэффициент адсорбции К

где Кнач, Ki - соответственно, начальная и текущая концентрация ионов свинца в исследуемом модельном растворе.

Расчетные значения коэффициентов К сведены в таблице 2.

По данным таблицы 2 построен график (см. чертеж).

Общий анализ данных таблиц и графика позволяет сделать следующие выводы:

1. Частицы древесного угля обладают сорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов, например ионам Pb²⁺, в водной среде.

2. Наибольшей сорбирующей способностью обладают частицы древесного угля, полученного из предварительно уплотненной перед пиролизом древесины осины.

Так при очистке в течение 60 мин водной среды от ионов свинца древесный уголь из осины с объемным уплотнением в 2.5 раза превосходит сорбционные способности древесного угля из натуральной осины в 1.38 раза, а из твердых лиственных пород, например, дуба, в 11,2 раза.

3. При необходимости интенсивного (за время до 5 мин) и наиболее значительного (приблизительно в 50 раз) снижения концентрации ионов тяжелых металлов в водных средах можно рекомендовать к использованию более дорогие, но и наиболее эффективные древесные угли, полученные из уплотненной древесины осины.

При возможности использования менее интенсивных режимов адсорбции (за время до 60 мин) и меньшей степени снижения содержания ионов тяжелых металлов в водных средах (приблизительно в 35 раз) можно рекомендовать дешевые древесные угли, полученные из натуральной древесины осины.

Таблица 1
Образец	Плотность древесины, г/см3	Количество пор, см3/г	Концентрация ионов свинца в модельном растворе, мг/дм3
Время после начала адсорбции, мин
0	5	10	30	60
Осина натуральная (Образец №1)	0,22	3,10	0,55	0.035	0.030	0,017	0,016
Осина, уплотненная в 2,5 раза (Образец №2)	0,60	0,47	0,52	0,011	0,011	0,011	0,011
Дуб натуральный (Образец №3)	0,42	1,95	0,71	0,386	0,24	0,20	0,168

Таблица 2
Образец	Коэффициент адсорбции К
Время после начала адсорбции, мин
0	5	10	30	60
№1	1	15,7	18,3	32,4	34,3
№2	1	47,3	47,3	47,3	47,3
№3	1	1,8	3,0	3,5	4,2

Способ очистки загрязненной водной среды от ионов свинца, включающий обработку загрязненной водной среды адсорбентом, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют древесный уголь, полученный пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины, при этом обработку адсорбентом проводят не более 5 мин при расходе адсорбента в количестве 1 г на 100 мл загрязненной водной среды.