способ получения сорбента для очистки природных и сточных вод

Формула изобретения

Способ получения сорбента для очистки природных и сточных вод, включающий смешивание измельченной опоки с дополнительными компонентами и формование, отличающийся тем, что на смешивание подают 1 кг опоки, измельченной до размера 0,001 мм в поперечнике, 0,2 кг тонкоизмельченного катионита КУ-2-8, 0,2 кг тонкоизмельченного анионита АВ-17, 1 кг портландцемента-500 и 1,5 кг 10%-ного раствора хлорида натрия, компоненты смешивают до получения тестообразной массы, массу пропускают через шнековый измельчитель, полученные «колбаски» высушивают, обрабатывают острым паром при 180°С до полного схватывания и выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид ионы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения сорбента, который может быть использован для очистки природных подземных и поверхностных, а также техногенных слабоминерализованных и слабоокрашенных гуминовыми веществами вод.

Сорбент представляет собой опоки, измельченные до размеров до 0.001 мм в поперечнике, массой 1 кг, в которые вносят также тонкоизмельченные катионит КУ-2-8 (массой 0,2 кг), анионит АВ-17 (массой 0,2 кг), портландцемент 500 (массой 1 кг), 10%-ный раствор хлорида натрия (массой 1,5 кг) до получения тестообразной массы, пропускают массу сквозь шнековый измельчитель, полученные «колбаски» обрабатываются острым паром при ~180°С до полного схватывания. Схватившийся (затвердевший) материал помещают в проточную воду и выдерживают до тех пор, пока реакция на хлорид-ион будет отрицательной. Полученная композиционная смесь эффективно поглощает катионы, анионы, углеводороды, фенолы, альдегиды, гуминовые вещества и др.

Известны способ сорбции нефти, нефтепродуктов с поверхности воды и почвы. Область применения: очистка жидких и твердых поверхностей от нефти, углеводородов, топлив, нефтепродуктов с поверхности воды и почвы. Сущность: способ, включающий напыление сорбента на основе поливинилхлорида на нефтяную пленку, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют полистирол, полипропилен, полиэтилен, их сополимеры в любом молекулярном соотношении с полидисперсностью частиц 5-200 мкм [RU 94030825 С1].

Известно решение, которое относится к очистке сточных вод, содержащих анионные поверхностно-активные вещества (СПАВ), и может быть использовано в различных отраслях, связанных с их производственным применением. Изобретение предназначено для повышения степени очистки сточной воды от СПАВ. Для достижения в этой цели разработан способ очистки, включающий операции электрокоагуляции составляет 10-40 мин, а в качестве сорбента применяют шунгит. Целесообразно использование шунгита, прокаленного при температуре 500-550°С в течение 2-3 ч [RU 93055727 А].

Известна группа изобретений, которая относится к производству активированных углеродных материалов, используемых в качестве сорбентов для выделения нежелательных примесей из жидких или газовых сред, и может найти применение для очистки питьевой воды, сточных вод, газовых выбросов в химической и других отраслях промышленности. Волокнистый активированный углеродный материал (ВАУМ), получаемый из карбонизированных полимерных волокон (KB), наряду с кислотными содержит основные функциональные группы (ФГ), то есть материал (М) является полиамфолитным. При этом количество кислотных ФГ, характеризующееся значительным статической обменной емкости (СОЕ), не менее 0,40 мэкв/г, количество основных ФГ характеризуется значением СОЕ не менее 0,25 мэкв/г, а сорбционная активность материала характеризуется значением поглощения метиленового голубого не менее 350 мг/г. По способу получения ВАУМ, включающему активирование KB, перед активированием KB обрабатывают добавкой, в качестве которой используют соединения, разлагающиеся при температуре активирования с образованием газообразного аммиака и других газообразных продуктов, а обработку М добавкой осуществляют пропиткой М водным раствором добавки. В устройстве для непрерывного активирования углеродного волокнистого М, содержащем камеру активирования, средство подачи углеродного М в камеру активирования и средство удаления из нее активирования М, дополнительно содержится средство для пропитки волокнистого М раствором добавки, выполненное, например, в виде емкости для пропитывающего состава, расположенной со стороны подвода М в камеру активирования и сообщающейся с камерой активирования. Использование данного материала при очистке питьевой воды позволяет удалить до 99.5% фенолов, 96% нефтепродуктов, 98% пестицидов, 99% ионов тяжелых металлов [RU 2070436 С1].

Описано изобретение, которое относится к области химической технологии, конкретно к способу получения волокнистого материала из мицелиальной массы грибов. Волокнистый материал на основе хитина или его производных может найти применение в целлюлозно-бумажной промышленности в качестве сорбента тяжелых металлов, для микрофильтрации и диализа, в качестве основы для иммобилизации ферментов, при изготовлении катализаторов, для очистки сточных вод, в качестве носителя лекарственных материалов и т.д. Изобретение позволяет повысить эластичность и выход хитинсодержащего волокнистого материала до 76-93% за счет того, что мецилиальную массу базедиальных грибов обрабатывают раствором щелочи, промывают водой и проводят последовательную обработку смешивающимися с водой органическими растворителями в порядке понижения из точек кипения с последующей сушкой целевого продукта [SU 1575552 А1].

Описан способ доочистки производственных и бытовых сточных вод после биологической очистки от взвешенных веществ, азота аммонийного, фосфора фосфатов и органических загрязнений. Сущность способа состоит в том, что после биологической очистки сточные воды направляют на доочистку, которая заключается в использовании процессов, протекающих на развитой поверхности с применением сорбентов, работающих в строгой последовательности в соответствии с их способностью к целевому извлечению: взвешенных веществ и органических загрязнений - использованием углеродосодержащего сорбента, азота аммонийного-катионита, фосфора фосфатов - применением загрузки, на поверхности которой осуществляется хемосорбция. После доочистки сточные воды имеют следующую характеристику: БПК_п 2.0-2.9 мг O₂/л, взвешенные вещества 2.5-4.5 мг/л, азот аммонийный 0.15-0,49 мг/л, фосфор фосфатов 0.003-0.18 мг/л [RU 2109695 C1].

Способ очистки жидкости от различных загрязнений может найти применение в технологии очистки воды, сточных вод и различных растворов и жидких сред в некоторых процессах химической технологии, обогащения, пищевой промышленности и др. Способ заключается в смешении с реагентами и/или сорбентами и последующем возобновлении процесса фильтрования, при этом реагенты и/или сорбенты предварительно смешивают с частью подаваемой промывной жидкости и вводят в первые по ходу движения расширенные слои зернистой загрузки перед окончанием ее промывки. Изобретение позволяет повысить эффект и стабильность очистки жидкости фильтрованием и снизить расход реагентов и/или сорбентов [RU 2241681 С].

Описано изобретение, которое относится к области очистки воды для хозяйственных, питьевых и технологических целей и может найти применение для очистки природных (подземных и поверхностных) и техногенных вод от органических соединений - гуминовых и фульвокислот, обуславливающих цветность воды. Способ очистки включает контактирование загрязненной воды с сорбентом, причем в качестве сорбента используют брусит. В предпочтительном варианте осуществления способа сорбцию осуществляют путем фильтрации через слой брусита. Предусмотрено также осуществление способа путем добавления брусита крупностью менее 0.1 мм в обрабатываемую воду с последующим отделением осадка. Изобретение обеспечивает высокое качество очистки воды и удешевление процесса за счет использования природного сорбента [RU 2315003 С1].

Предлагается изобретение, которое относится к сорбционным материалам и способам их получения для широкого использования этих материалов в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности, для очистки воды, растворов. Сорбент состоит из несферических частиц оксида алюминия и частиц волокнистого материала, содержит компонент с отрицательным зарядом поверхности и модификатор, выбранный из ряда оксид и гидрооксид магния, кремния или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюминия - не менее 20; компонент с отрицательным зарядом поверхности - 0.5-5.0; модификатор - 0.1-3.0; волокнистый материал - остальное. В качестве компонента с отрицательным зарядом поверхности используют оксид или гидрооксид кремния, железа, марганца, хрома или их смеси. Сущность способа состоит в том, что несферические частицы оксида алюминия смешивают с частицами волокнистого материала, перед смешиванием обоих компонентов к волокнистому материалу добавляют компонент с отрицательным зарядом поверхности, в процессе смешивания трех компонентов производят активацию получаемой смеси электрическим током или ультразвуком, после чего вводят модификатор, выбранный из ряда оксид или гидрооксид магния, кремния или их смеси, и снова все перемешивают. Основным техническим результатом предложенного изобретения является увеличение срока службы сорбента, сорбент эффективно работает не только в нейтральной и кислой средах, но и в щелочной среде при рН до 9.5 [RU 2242276 С1].

Описан композиционный сорбент, включающий пористый сорбционный материал с образованным в нем неорганическим сорбентом, отличающийся тем, что в качестве пористого сорбционного материала используют ионообменные смолы, или активированный уголь, или древесные опилки, а в качестве неорганического сорбента используют гидроксид железа, или гидроксид циркония, или гидроксид титана, или гидроксид олова (IV), или их смеси [RU 2003108469 А].

Предлагается научно-техническое решение, которое относится к способам водоподготовки путем фильтрации через гранулированные природные материалы и может быть использовано в системе хозяйственно-бытового и питьевого водоснабжения, в том числе для производства питьевой воды высшей категории качества. Способ включает фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита с размером гранул 0,15-2 мм и предварительной обработкой слоя серпентинита щелочным раствором для преобразования в анионообменный материал. В качестве щелочного раствора используют раствор гидроксида натрия калия, аммония или кальция, либо раствор карбоната натрия или калия, либо их через два или более последовательно расположенных слоев. Обработку щелочным раствором проводят его фильтрацией через слой серпентинита в направлении по ходу потока при очистке воды или в противоположном направлении. Способ обеспечивает повышение сорбционной активности серпентинита, расширяет ассортимент извлекаемых загрязняющих компонентов, гарантирует снижение потребителя высокоочищенной водой, соответствие которой установленным требованиям достигается непосредственно в процессе очистки, без усреднения ее состава и необходимости иметь для этого запас очищенной воды, при увеличении продолжительности эксплуатации загрузки гранулированного материала [RU 2316479 С1].

Значительный интерес представляет изобретение, которое относится к области сорбционной очистки вод как поверхностных, так и артезианских источников водоснабжения. Сорбционно-фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды содержит низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, уголь или песок, инертный полимерный материал с плотностью не выше плотности других компонентов загрузки, сильнокислый катионит в Na-/ или К-форме, а также низкоосновной анионит, импрегнированный железом, и высокоосновной анионит. Содержание компонентов в загрузке составляет, мас.%: песок - 4-6, инертный полимерный материал - 4-6, низкоосновной анионит - 0,2-15, низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, - 0,2-15, высокоосновной анионит - 0,2-15, низкоосновной анионит, импрегнированный железом, - 0,2-15, сильнокислотный катионит - остальное. Изобретение обеспечивает высокую степень очистки от ионов металлов, особенно Fe и Mn, солей жесткости, алюминия, органических загрязнений и сероводорода. Загрузка может быть использована для очистки не менее 50000 удельных объемов воды [RU 2305001 С2].

Описано изобретение, которое относится к устройствам скорых фильтров-сорбентов для очистки сточных, питьевой, хозяйственной вод от взвесей, излишних и вредных растворенных примесей в промышленности, сельском хозяйстве, в быту. Устройство содержит сорбент из цеолита и колонки с электродами, разграничивающими слои сорбента в колонках, где положительный полюс подключен к первому от корпуса колонки электроду, к третьему и т.д. ко всем нечетным по номерам электродам, а отрицательный полюс подключен ко второму, четвертому и т.д. ко всем четным по номерам электродам. Устройство содержит одну или несколько соединенных между собой параллельно колонок со смесью активированного угля или сульфоугля и цеолита и подключенным к ним последовательно одну или несколько соединенных между собой параллельно колонок с электродами, где первую половину зазора между стенкой корпуса колонки и первым электродом заполняет слой сорбента из цеолита, далее следует разделительная перегородка в виде сетки из диэлектрического материала, а вторую половину этого зазора заполняет слой сорбента из амфотерных материалов, при этом слои между электродами имеют толщину 0,02-0,2 м, а электроды подключены к выпрямителю с постоянным напряжением 5-220 В. Технический эффект - увеличение сорбционной способности цеолита, увеличение времени непрерывной эксплуатации установки без отключения ее на очистку от загрязнений и примесей, увеличение устойчивости сорбирующей способности сорбента в колонке и пропускной способности колонки [RU 2315647 С2].

Наиболее близким к заявляемому является изобретение, в котором загрузка контактного фильтра содержит в качестве верхнего слоя фильтрующий сорбционный материал опоки дробленые модифицированные марки ОДМ-2Ф с крупностью зерен 2,3-3,5 мм и плотностью 1,35 кг/м³, в качестве среднего слоя - антрацит дробленный крупностью зерен 1,5-2,3 мм и плотностью 1,6 кг/м³ и нижний слой - песок с крупностью зерен 0,7-1,5 мм и плотностью 2,6 кг/м³. Изобретение обеспечивает получение кондиционной питьевой воды с высокой производительностью [RU 2238787 С1].

Недостатком данного варианта является то, что при фильтрации воды через опоки длительное время наблюдается опалесценция очищенной воды. Она исчезает, но после остановки и запуска установки опалесценция вновь возникает. Кроме того, при использовании данного варианта загрузки не удается длительное время удерживать в фильтре содержание токсикантов на уровне или ниже уровня требований к воде питьевого и хозяйственного назначения.

Нами предлагается способ получения сорбента для очистки природных и сточных вод, включающий смешивание измельченной опоки с дополнительными компонентами и формование, отличающийся тем, что на смешивание подают 1 кг опоки, измельченной до размера 0.001 мм в поперечнике, 0,2 кг тонкоизмельченного катионита КУ-2-8, 0,2 кг тонкоизмельченного анионита АВ-17,1 кг портландцемента - 500 и 1,5 кг 10% раствора хлорида натрия, компоненты смешивают до получения тестообразной массы, массу пропускают через шнековый измельчитель, полученные «колбаски» высушивают, обрабатывают острым паром при 180°С до полного схватывания и выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид-ионы.

Полученная композиционная смесь эффективно поглощает катионы, анионы, углеводороды, фенолы, альдегиды, гуминовые вещества и др. Наличие крупных пор в зернах (или колбасках) сорбента обеспечивает высокую скорость прохождения воды через слой сорбента. Емкость материала при поглощении из воды ряда компонентов характеризуется следующими величинами (г/кг) (табл.1).

Таблица 1.
Емкость сорбента при поглощении из воды ряда веществ
Железо (II), железо (III)	45	Фенол	25
Свинец (II)	75	Пирокатехин	30
Цинк	50	Резорулин	15
Кадмий	70	Гидрохинон	15
Медь	50	Муравьиный альдегид	5
Никель	45	Метанол	5
Марганец (II)	50	Этанол	8
Ртуть	80	Бутанол	15
Калий	20	Пентанол	20
Натрий	10	Полимеры акриловой кислоты (в среднем)	150
Изооктан	8

Предварительно отмытый сорбент засыпается в корпус контактного фильтра, заливается водой, выдерживается одни сутки, после чего проводят промывку сорбента снизу вверх с интенсивностью, обеспечивающей 10-15%-ное расширение всего слоя загрузки.

После промывки в сорбент подается вода для очистки со скоростью фильтрации 20 м/ч. При этом мутность фильтрации находится в пределах 0.01-0.1 мг/дм³ за все время фильтроцикла, что в 20 раз ниже в сравнении с аналогами и прототипом (таблица 2).

Таблица 2.
Сравнение показателей загрузок контактных фильтров
№ п/п	Загрузка контактных фильтров, мм	Крупность зерен загрузки	Высота слоя фильтрующего материала, см	Скорость фильтрования, м/ч	Интенсивность промывки, л/см	Продолжи-тельность промывки, мин	Содержание взвешенных веществ, мг/дм2, с учетом реагентов	Содержание взвешенных веществ в фильтрате, мг/дм2
1.	Антрацит дробленный	0,8-4,0	30	9	15,0	5	60	1,5
	Песок кварцевый	0,7-1,5	115-135
2.	Керамзит	2,3-3,3
	Аглопорит	1,25-2,3	50	9	15,5	5-6	60	1,5
	Песок кварцевый	0,7-1,25
3.	ОДМ-2Ф	2,3-3,5	60
	Антрацит дробленый	1,5-2,3	60	15	14,6	3-4	60	0,2-0,3
	Песок кварцеывй	0,7-1,5	60
4.	Предлагаемый сорбент	1,5-3,5	60	25	20	3-4	60	0,05-0,10