способ очистки водных растворов от железа

Формула изобретения

Способ очистки водных растворов от железа, включающий обработку раствора окислителями, в частности воздухом, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют также активный кислород и хроматы щелочных и/или щелочно-земельных металлов, причем воздух используют нагретым при температуре выше 25°С, а активный кислород холодным, при температуре от точки замерзания раствора до 25°С, а хроматы применяют одновременно с одним из них в количестве не более 0,005 мас.% в расчете на ион хромового ангидрида при рН раствора менее 7 ед.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки водных растворов от железа и может быть использовано для подготовки подземных или технических вод, природного рассола бишофита и т.п., для технических нужд.

Известны способы очистки рассола бишофита, включающие обработку раствора адсорбентом, связывающим примеси, с последующим отделением отработанного сорбента. При этом в качестве адсорбента используют, например, дисперсный диоксид кремния или активированный уголь, или силикатель (см. RU №2001110292 А, C01F 5/30, 2003 г.) [1] или оксид магния (см. RU №2003132017 А, А61К 33/00, 2005 г.) [2].

Недостатком этих способов является низкое качество очистки, а также большие потери бишофита, удаляемого вместе с осадком (отработанным сорбентом).

Известны способы очистки водных растворов от железа методом глубокой аэрации, заключающемся в аэрации воды, поступающей в контактный резервуар, в результате чего происходит окисление кислородом воздуха растворимого закисного железа в нерастворимое окисное с последующим отделением осадка путем фильтрации (см. Николадзе Г.Н. Обезжелезивание природных и оборотных вод. - М.: Стройиздат, 1987. С.26) [3].

Недостатком этого способа является низкая скорость процесса окисления при высоком содержании растворенных газов, что приводит к увеличению размеров очистных установок, использованию мощных аэрационных устройств, т.е. к увеличению затрат.

Частично эти недостатки устранены в способе очистки водных растворов от железа, заключающемся в вакуумировании раствора, смешивании его с воздухом, обработке в контактном резервуаре кислородом воздуха при постоянном скоростном напоре и повышенном давлении, последующей фильтрации (см. RU №2119892 С1, С02F 1/64, 1998 г.) [4].

Это решение является наиболее близким к предлагаемому способу по достигаемому результату, однако оно имеет те же недостатки, что и [3], а именно недостаточно высокая скорость процесса окисления и технологическая сложность, как следствие увеличение затрат.

Задачей изобретения является обеспечение высокого качества очистки при упрощении технологии и снижении затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки водных растворов от железа, включающем обработку раствора воздухом, в нем в качестве окислителей используют активный кислород и хроматы щелочных и/или щелочноземельных металлов, причем воздух используют нагретым до температуры выше +25°С, активный кислород холодным, при температуре от точки замерзания раствора до +25°С, а хроматы применяют одновременно с одним из них в количестве не более 0,005 мас.% в расчете на ион хромового ангидрида от массы обрабатываемого раствора при рН раствора менее 7 ед.

Наиболее эффективным окислителем является хромат, однако он использован в микродозах, достаточных для окисления железа, при этом для обеспечения высокого качества очистки используют одновременно второй окислитель, нагретый воздух (свыше 25°С) или холодный активный кислород, озон или ионизированный кислород (чем холодней, тем он активнее), которые, во-первых, повышают эффективность окисления, а во-вторых, являются окислителями для регенерации отработанного хроматного окислителя.

Химизм процесса заключается в том, что при осуществлении способа одновременно происходят две химические реакции (1) и (2).

Согласно реакции (1) происходит окисление растворимого закисного (двухвалентного) железа и превращение его в водонерастворимое окисное (трехвалентное).

В данном случае процесс окисления гидроксида двухвалентного железа идет с образованием водонерастворимых и неагрессивных гидроксидов трехвалентного железа Fe(OH) ₃ и трехвалентного хрома Cr(ОН)₃ которые выпадают в осадок.

Одновременно происходит реакция (2) регенерации отработанного хроматного окислителя:

Дисперсный (водонерастворимый) гидроксид трехвалентного хрома регенерируется до растворимой соли хромата, т.е. до образования первоначального реагента, что обеспечивает постоянную высокую скорость реакции окисления железа при очень малом расходе хроматного окислителя.

Кислая среда раствора (рН мене 7 ед.) способствует эффективной регенерации хроматного окислителя.

Реакция окисления соединения двухвалентного железа в трехвалентное происходит по реакции (3):

Способ осуществляют следующим образом.

Водные растворы, например технические или пластовые воды, рассол бишофита или др. с рН раствора менее 7 ед. в любом известном смесителе продувают или атмосферным воздухом, предварительно нагретым до температуры более +25°С, или активным кислородом, в качестве которого может быть использован озон или ионизированный кислород, при температуре от точки замерзания раствора до +25°С.

Одновременно в раствор добавляют хромат любого щелочного и/или щелочноземельного металла в количестве не более 0,005 мас.% в расчете на ион хромового ангидрида от массы раствора, при перемешивании происходит реакция окисления водорастворимого железа согласно реакции (1) и одновременно в результате продувки происходит реакция окисления водонерастворимого гидроксида трехвалентного хрома кислородом с получением первоначального хромата согласно реакции (2), т.е. хроматный окислитель остается в растворе.

По окончании подачи воздуха или активного кислорода реакция (2) прекращается, а реакция (1) продолжается, в результате чего водонерастворимый гидроксид трехвалентного хрома Cr(ОН) ₃ выпадает в осадок, который вместе с гидроксидом трехвалентного железа Fe(OH)₃ остается в отстойнике, а очищенный раствор удаляют из смесителя и фильтруют, т.е. из водного раствора удаляются не только соединения железа, количество примесей в очищенных водных растворах составляет менее 0,05 мг/л (см. табл.1), что является предельно допустимой концентрацией химических веществ согласно ГН 2.1.5.1315-03 «Гигиенические нормативы предельно допустимых концентраций химических веществ в воде, водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27 апреля 2003 г.

В таблице 1 приведены варианты выполнения способа на различных водных растворах.

Таким образом, предлагаемый способ технологически прост, не требует больших затрат, в частности специального оборудования или дорогостоящих сорбентов, но при этом высокоэффективен, поскольку обеспечивает получение водных растворов, максимально очищенных от соединений железа, в т.ч. рассол бишофита, очистка которого известными способами малоэффективна, но достаточно затратная.

Таблица 1
Параметры Варианты	Обрабатываемый раствор
	Техническая вода		Пластовая вода		Рассол бишофита
	А	Б	В	Г	D	Е
1. Окислитель	Воздух + хромат	Озон + хромат	Воздух + хромат	Озон + хромат	Воздух + хромат	Озон + хромат
2. Температура, °С	38	12	38	12	38	12
3. рН раствора, ед.	6,9		6,7		4,3
4. Время очистки, мин	30	15	30	15	30	15
5. Количество хромата щелочного и/или щелочноземельного метала в расчете на ион хромового ангидрида , мас.%	0,003	0,003	0,004	0,004	0,005	0,005
5. Количество железа в исходном растворе, мас.%	0,228		0,314		0,435
6. Количество железа в очищенном растворе, мас.%	0,0018	0,0007	0,0022	0,0009	0,0026	0,0012
7. *Количество хрома в очищенном растворе в расчете на ион хромового ангидрида, мас.%	0,00014	0,00018	0,00017	0,00021	0,00022	0,00025