способ очистки сточных вод от органических примесей

Классы МПК:C02F1/72 окислением
C02F1/46 электрохимическими способами
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Байкальский институт природопользования Сибирского отделения РАН
Приоритеты:
подача заявки:
1998-02-06
публикация патента:

Способ предназначен для окислительной деструкции органических загрязнений природных, оборотных и сточных вод. Сточную воду пропускают через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала в присутствии кислорода воздуха и пероксида водорода. В качестве катализатора окислительной деструкции используют соединения железа, генерируемые непосредственно в процессе очистки, при этом происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары H2O2/Fe2+, а пероксид водорода берут в количестве 30 - 40% от стехиометрически необходимого. Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: повышение производительности и эффективности процесса очистки воды при одновременном снижении затрат на его проведение. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам окислительной деструкции органических загрязнений природных, оборотных и сточных вод и может быть использовано в очистке природных и сточных вод от нефтепродуктов, пестицидов, хлорорганических, нитроароматических соединений, красителей и других веществ, опасных для здоровья человека и окружающей среды.

Известен способ очистки сточных вод от органических загрязнений реактивом Фентона с использованием катализатора - сульфата железа (II) [1]. Удельный расход пероксида водорода на деструкцию фенольных соединений составил 39,0 моль/моль при содержании Fe+2 400 мг/л, исходных концентрациях фенольных соединений 30-40 мг/л, времени реакции - 60 минут, pH 3,0.

Недостатками способа являются повышенный расход окислителя и катализатора, а также длительность процесса деструкции.

Известен способ окислительной деструкции органических загрязнений кислородом воздуха и пероксидом водорода с использованием углей, имеющих связанные в поверхностные комплексы каталитически активные ионы металлов (Fe(II), Fe(III) [2]. При этом степень очистки по фенолу достигает 88% при исходной концентрации 10-50 мг/л и времени контакта - более 60 минут.

Недостатками способа является необходимость предварительной подготовки гетерогенных катализаторов, недостаточная степень очистки по органическим загрязнениям и продолжительность процесса деструкции.

Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод от органических примесей обработкой пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора - сидерита [3] . Степень очистки сточных вод от фенола через 1 час после введения реагентов достигает 99,8% при исходной концентрации 0,05 моль/л и удельном расходе пероксида водорода 30 моль/моль.

Недостатками данного способа являются повышенный расход окислителя и длительность процесса деструкции.

Цель изобретения - сокращение продолжительности, снижение удельного расхода окислителя и упрощение процесса при сохранении высокой степени очистки воды от органических соединений за счет каталитической деструкции в процессе гальванокоагуляции в присутствии пероксида водорода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки сточной воды от органических примесей, включающем ее пропускание с предварительно введенным кислородом и пероксидом водорода через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала, в качестве катализатора окислительной деструкции используют соединения железа, генерируемые непосредственно в процессе очистки, при этом происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары H2O2/Fe+2, а пероксид водорода берут в количестве 20-40% от стехиометрически необходимого.

Сущность изобретения заключается в жидкофазной окислительной деструкции органических загрязнителей, присутствующих в воде, методом гальванокоагуляции в присутствии пероксида водорода.

В результате работы короткозамкнутого гальванического элемента Fe-C происходит растворение железа и его интенсивное окисление до Fe(II,III). При добавлении в обрабатываемую воду пероксида водорода в процессе гальванокоагуляции реализуются условия для существования в проточном режиме системы Фентона Fe+2-H2O2:

Fe0 - 2e ---> Fe2+

Fe2+ + H2O2 ---> Fe3+ + НО. + OH-

Fe2+ +.OH ---> Fe3+ + OH-

.OH + H2O2 ---> HO2. + H2O

При этом влияние O2 осуществляется не через исходные компоненты, а через промежуточные продукты, образующиеся в системе Fe2+ -H2O2-S (S - органический субстрат). Первичным продуктом окисления органических веществ реагентом Фентона является субстратный радикал Rспособ очистки сточных вод от органических примесей, патент № 2135419способ очистки сточных вод от органических примесей, патент № 2135419, который обладает восстановительными свойствами и, следовательно, эффективно реагирует с O2:

Rспособ очистки сточных вод от органических примесей, патент № 2135419способ очистки сточных вод от органических примесей, патент № 2135419+O2способ очистки сточных вод от органических примесей, патент № 2135419 ROспособ очистки сточных вод от органических примесей, патент № 21354192

Как показали эксперименты, для эффективного протекания процессов деструкции органических примесей достаточно ввести в раствор всего 20 - 30% требуемого по стехиометрии количества пероксида водорода, что свидетельствует о том, что пероксид водорода расходуется только на активирование окисляемых субстратов с образованием промежуточных радикалов, которые затем окисляются кислородом воздуха. Необходимое для окисления органических субстратов количество оксильных радикалов образуется при взаимодействии ионов Fe(II), непрерывно генерируемых в процессе окисления железного скрапа, с молекулярным кислородом. Дополнительно окислительные процессы интенсифицируются каталитическим взаимодействием оксильных радикалов и кислорода с окисляемыми субстратами на поверхности углеродсодержащего материала, модифицированного ионами железа.

Способ подтверждается следующими примерами:

Пример 1. Модельные растворы с исходной концентрацией n-фенилендиамина 20 мг/л подвергают гальванокоагуляционной обработке без добавления пероксида водорода и в его присутствии, взятого в требуемом по стехиометрии количестве. Продолжительность контакта загрузки с раствором составляет 5 мин. Эффект очистки без добавления окислителя составляет 20%. После гальванокоагуляции в присутствии пероксида водорода n-фенилендиамин не обнаружен.

Пример 2. Модельные растворы, содержащие пирокатехин в концентрациях 20 мг/л, подвергают гальванокоагуляционной обработке без добавления пероксида водорода и в его присутствии. Расход пероксида водорода по стехиометрии составляет 14 моль/моль. Продолжительность обработки 5 мин. Эффект очистки в отсутствии пероксида водорода составляет 50%, в случае обработки с добавлением пероксида водорода пирокатехин не обнаружен.

Пример 3. Модельные растворы фенола с исходной концентрацией 20 мг/л подвергают гальванокоагуляционной обработке в присутствии пероксида водорода. Продолжительность контакта 5 мин. После гальванокоагуляционной обработки с добавлением пероксида водорода в количестве 30-100% от стехиометрически необходимого фенол не обнаружен.

Пример 4. Проводят гальванокоагуляционную очистку промывных вод окислительного крашения меховой овчины в черный цвет, содержащих 19 мг/л окислительных красителей, без добавления пероксида водорода и в его присутствии. Продолжительность обработки 30 мин. Степень очистки без добавления пероксида водорода составляет 44%, в то время как эффективность очистки в его присутствии составляет 83%.

Области практического применения: очистка природных, оборотных и сточных вод от нефтепродуктов, пестицидов, хлорорганических, нитроароматических соединений, красителей и других трудноокисляемых токсичных загрязнений.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: высокая эффективность гальванокоагуляционной очистки воды от органических загрязнений в режиме окислительной деструкции в присутствии пероксида водорода, а именно повышение производительности и эффективности процесса очистки воды при одновременном снижении затрат на его проведение. Предлагаемый метод не вызывает вторичного загрязнения, повышения солесодержания.

Литература

1. Окислительная очистка фенолсодержащих сточных вод термической переработки сланцев / Прейс С.В., Каменев С.Б., Каллас Ю.И. // Химия и технология воды, 1994, 16, N 1, c.83-91.

2. Применение угольных катализаторов для окислительно-деструктивной очистки сточных вод / Тарковская И.А., Ставицкая С.С., Лукьянчук В.М., Тарковская Г.В.// Химия и технология воды, 1993, 15, N 7-8, с.578-583.

3. А. с. 1386585 СССР, МКИ4 C 02 F 1/72. Способ очистки сточных вод / И. И. Василенко, А.Н. Федосова, Н.М. Шевель - Опубл. 07.07.88, бюл. N 13.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ очистки сточных вод от органических примесей обработкой пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора, отличающийся тем, что используемые в качестве катализатора соединения железа получают непосредственно в процессе очистки при пропускании сточных вод через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала в присутствии кислорода воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что происходит окисление органических примесей молекулярным кислородом, активированное с помощью пары Н2О2/Fe2+, а пероксид водорода берут в количестве 30 - 40% от стехиометрически необходимого.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C02F1/72 окислением

Патенты РФ в классе C02F1/72:
способ обеззараживания воды -  патент 2524944 (10.08.2014)
установка безреагентной очистки и обеззараживания воды -  патент 2524601 (27.07.2014)
способ очистки природной воды -  патент 2514963 (10.05.2014)
способ очистки воды -  патент 2502682 (27.12.2013)
способ разрушения аниона 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты в отходах производства -  патент 2500629 (10.12.2013)
способ обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, с одновременным осаждением растворенных солей металлов и устройство для его осуществления -  патент 2485400 (20.06.2013)
способ глубокой очистки сточных вод от красителей -  патент 2480424 (27.04.2013)
способ очистки сточных вод от фенолов -  патент 2476384 (27.02.2013)
способ получения гранулы покрытого окисляющего вещества, полученная гранула и ее применение -  патент 2471848 (10.01.2013)
способ каталитического окисления аниона 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты в водном растворе -  патент 2460693 (10.09.2012)

Класс C02F1/46 электрохимическими способами

Патенты РФ в классе C02F1/46:
способ обесшламливания оборотных сапонитсодержащих вод и устройство для его реализации -  патент 2529220 (27.09.2014)
способ получения активированной воды -  патент 2524927 (10.08.2014)
способ очистки воды и водных растворов от анионов и катионов -  патент 2519383 (10.06.2014)
способ очистки подземных вод от ионов бора и устройство для его осуществления -  патент 2518627 (10.06.2014)
установка для электрохимической активации воды -  патент 2518606 (10.06.2014)
электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролита -  патент 2516226 (20.05.2014)
установка для получения продуктов анодного окисления растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов -  патент 2516150 (20.05.2014)
проточный электролитический элемент модульного типа -  патент 2503173 (10.01.2014)
устройство для обезжелезивания подземных вод -  патент 2501740 (20.12.2013)
способ приготовления электроактивированной воды -  патент 2501739 (20.12.2013)


Наверх