Способ каталитического обезвреживания сточных вод, содержащих органические красители

Способ каталитического обезвреживания сточных вод, содержащих органические красители

Реферат

Изобретение может быть использовано для обезвреживания сточных вод химических, фармацевтических, гальванических и красильных производств, содержащих органические красители. Особенностью таких сточных вод является их цветность и токсичность, которые затрудняют или делают невозможной биологическую очистку. Для обезвреживания таких стоков используют методы частичного окисления органических красителей, что приводит к обесцвечиванию и образованию полупродуктов, пригодных к последующей биологической обработке. Данная последовательность операций является более целесообразной, нежели полная окислительная минерализация органических веществ, для осуществления которой требуется продолжительное время (порядка нескольких часов).

Существуют различные способы окисления органических красителей в сточных водах, которые отличаются применяемыми окислителями, наличием катализатора и условиями осуществления процесса.

Известен способ очистки сточных вод от красителей (Патент RU 2480424 С2, опубл. 20.12.2012, Бюл. №12). Обработку стоков текстильного производства с концентрацией красителя 1-5 мг/л проводят ультрафиолетовым облучением при длине волны 186-254 нм при мощности излучателя 15-20 Вт совместно с ультразвуком мощностью 0,2-0,5 Вт/см на частоте 35-47 кГц в режиме кавитации в присутствии пероксида водорода в концентрации 1-5 мг/г. Степень обесцвечивания раствора за 60 мин достигает 99%. Недостатком метода является сложность аппаратурного оформления процесса (УФ-излучение, ультразвук), предварительная очистка раствора перед обработкой для снижения концентрации красителей, кислая среда.

Известен способ очистки сточных вод от азокрасителей (Патент RU 2430890 С1, опубл. 10.10.2011, Бюл. №28). В работе с помощью катализатора Fe-Al-монтмориллонита окисляют раствор азокрасителя прямого чисто-голубого с концентрацией 0,1 ммоль/л, стехиометрическим количеством пероксида водорода при 30°С в кислой среде при рН 3,5 и 5,7, конверсия красителя 99% и 97,6% соответственно достигнута за 240 мин контакта. При повышении температуры до 60°С при рН 4,5 конверсия достигает 99,9% за 60 мин. Катализатор получают путем интеркалирования полигидроксокатиона, содержащего ионы железа и алюминия в природную монмориллонитовую глину, перед применением катализатор прокаливают при 500°С. Недостатком метода служит кислая среда, длительность проведения процесса, а также сложность метода получения катализатора.

Известен также способ очистки сточных вод от красителей (Патент RU 2404930 С1, опубл. 27.11.2010, Бюл. №33). Для осуществления способа проводят очистку от азокрасителей в ячейке с нанодисперсным фотокатализатором Fe₂O₃ при облучении дневным светом и давлении кислорода 0,3 МПа. Недостатком метода служит повышенное давление и высокая концентрация катализатора, при этом достигается низкая степень обесцвечивания раствора.

Общим недостатком вышеописанных порошкообразных, в том числе наноразмерных катализаторов является низкая механическая прочность, склонность к истиранию в процессе эксплуатации и вымыванию активного компонента в раствор, приводящего ко вторичному загрязнению обрабатываемого раствора. Кроме того, способы окисления в присутствии порошковых катализаторов предполагают дополнительную стадию очистки обработанной воды от диспергированных в ней мелких частиц катализатора, что усложняет и удорожает процесс. Данного недостатка лишены катализаторы, где в качестве носителя используют керамические блочно-ячеистые материалы.

Наиболее близким решением по количеству признаков к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод, содержащих органические красители в присутствии кобальтсодержащего катализатора на основе керамического ячеистого материала (Либерман Е.Ю., Конькова Т.В., Грунский В.Н., Малютин А.В., Кошкин А.Г., Михайличенко А.И., Румянцева О.В. Высокопористые ячеистые катализаторы (ВПЯК) для решения экологических проблем // Экология и промышленность России. 2013. №4. С. 16-19). Окисления органического красителя азорубина проводили в растворе с начальной концентрацией 50 мг/л пероксидом водорода при температуре 60°С и рН, равном 6, при этом степень окисления красителя составила 99,4% за два часа контакта. Концентрация активных компонентов в катализаторе составляла 1 мас.%. Недостатком катализатора является его невысокая стабильность и достаточно высокая концентрация ионов кобальта, вымытых с поверхности катализатора в раствор, составиляющая 1,3 мг/л, что выше нормы ПДК.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа обезвреживания сточных вод, содержащих органические красители с использованием катализатора, устойчивого к вымыванию ионов активного компонента в раствор в процессе эксплуатации, что исключает вторичное загрязнение ионами переходных металлов и дополнительную стадию очистки обработанной воды от твердых частиц катализатора.

Поставленная цель достигается тем, что окисление органических красителей проводят пероксидом водорода с концентрацией 1-3 мг/л при рН 6-8, температуре 40-60°С с применением кобальтсодержащего катализатора, на основе керамического блочно-ячеистого материала при содержании кобальта в катализаторе в пределах 0,1-0,15 мас.%. Стабильность катализатора достигается увеличением соотношения оксидов алюминия и кобальта в поверхностном слое катализатора, а также одновременным повышением температуры и продолжительности прокаливания катализатора в процессе получения катализатора до 700°С и 4 ч, соответственно. Изобретение обеспечивает дешевый, простой в реализации и экологически чистый способ обезвреживания сточных вод, загрязненных органическими красителями при небольшом расходе окислителя и высокой степени обезвреживания, исключая вторичное загрязнение обработанной воды и стадию фильтрации для удаления твердых частиц катализатора.

Существенными признаками, влияющими на достижение результата, являются:

- активный компонент катализатора - кобальт, носителем катализатора является керамический пористый материал;

- состав катализатора и соотношение оксидов алюминия и кобальта в поверхностном слое пористого керамического материала;

- температура и время термообработки при нанесении алюминия и кобальта;

- рН среды при окислении красителей 6-8.

Пример 1. Для осуществления способа раствор красителя азорубина с начальной концентрацией 300 мг/л при рН=6 и температуре 50°С циркулирует через блочный катализатор, содержащий 0,1 мас.% Со, концентрацию пероксида водорода в системе поддерживают на уровне 1 мг/л. Конверсия азорубина за 60 мин составляет 98%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,06 мг/л.

Пример 2. Процесс проводят как в примере 1, с тем отличием, что объект окисления краситель синозол с начальной концентрацией 500 мг/л при рН=8 и температуре 50°С, концентрация вводимого пероксида водорода 3 мг/л. Конверсия синозола за 45 мин составляет 96%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,04 мг/л.

Пример 3. Процесс проводят как в примере 2, с тем отличием, что рН=7 концентрация пероксида водорода 2 мг/л. Конверсия синозола за 30 мин контакта составляет 98%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,05 мг/л.

Пример 4. Процесс проводят как в примере 2, с тем отличием, что рН=7, температура 40°С, концентрация пероксида водорода 2 мг/л. Конверсия синозола за 1 ч контакта составляет 97%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,05 мг/л.

Пример 5. Процесс проводят как в примере 1, с тем отличием, чтоо бработке подвергают раствор красителя кислотного алого 2Ж с начальной концентрацией 200 мг/л. Конверсия кислотного алого 2Ж за 0,5 ч составляет 99%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,04 мг/л.

Пример 6. Процесс проводят как в примере 5, с тем отличием, что рН=7 концентрация пероксида водорода 2 мг/л. Конверсия кислотного алого 2Ж за 0,5 ч контакта составила 97%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,03 мг/л.

Пример 7. Процесс проводят как в примере 1, с тем отличием, что содержание кобальта в катализаторе 0,15 мас.%, концентрация красителя 100 мг/л, температура 60°С. Конверсия азорубина за 1 ч контакта составила 99%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,06 мг/л.

Пример 8. Процесс проводят как в примере 2, с тем отличием, что рН=6, температура процесса 60°С, концентрация пероксида водорода 1 мг/л, содержание кобальта 0,12 мас.%. Конверсия синозола за 0,5 ч контакта составила 99%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,02 мг/л.

Данные представлены в таблице 1, из которой следует, что использование кобальтсодержащего катализатора на основе керамического пористого материала позволяет осуществлять обезвреживание сточных вод в короткие сроки без вторичного загрязнения, концентрация ионов кобальта в растворе во всех случаях ниже ПДК. Повышение температуры процесса сокращает время обработки. С повышением рН раствора необходимо увеличивать количество окислителя пероксида водорода. Следует отметить, что для осуществления способа окисления не требуется предварительная очистка сточной воды для снижения концентрации красителей.

Способ обезвреживания сточных вод, содержащих органические красители, включающий их окисление пероксидом водорода при pH 6-8, температуре 40-60°C, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии кобальтсодержащего катализатора на основе керамического блочно-ячеистого материала, содержание кобальта в котором составляет 0,1-0,15 мас.%.