УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Полезная модель относится к области очистки почв, в частности, к технике детоксикации почв, загрязненных мышьяксодержащими веществами, и может быть использована в области экологии окружающей среды.
Очистка и восстановление нарушенных и загрязненных территорий представляет собой весьма трудоемкий, длительный и сложный комплекс мероприятий, основанный на применении процессов очистки (самоочистки) и различных интенсифицирующих факторов, требующих разработки уникальных технологий. При этом следует отметить, что задачи ремедиации территорий должны решаться на основе всестороннего учета конкретных климатических, экологических, физико-географических, гидрогеологических и других характеристик восстанавливаемой территории, включая совокупность физико-химических и биологических свойств почв.
Известен способ и установка для микробиологической очистки грунтов, загрязненных тяжелыми металлами и нефтепродуктами [Патент №2479365 Россия. МПК В09С 1/10. Заявка №2011140731 от 07.10.2011].
Известно устройство очистки загрязненной почвы [Патент №4617010 Япония. МПК В09С 1/06. Заявка №2001064738 от 08.03.2001].
Известно устройство и способ очистки загрязненной почвы [Патент №4610013 Япония. МПК В09С 1/02. Заявка №2006010439 от 18.01.2006].
Общим недостатком приведенных устройств и способов очистки загрязненных почв является то, что они не предназначены для очистки от мышьяксодержащих веществ.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является способ удаления мышьяка из отходов кобальтового производства [Патент №2477326 Россия. МПК С22В 30/04, С22В 7/00, С22В 1/02, С22В 3/04. Способ удаления мышьяка из отходов кобальтового производства / Молдурушку М.О. и др.; Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН; опубликовано 10.03.2013]. Применение сульфида натрия не позволяет получать малотоксичные мышьяксодержащие соединения, что является недостатком способа в целом [Немодрук А.А. Аналитическая химия мышьяка. - М.: Наука, 1976. - С. 18, 36-38].
Технический результат заключается в уменьшении содержания мышьяка в почвах, загрязненных мышьяксодержащими веществами. Технический результат достигается предлагаемым устройством, включающее три взаимосвязанных модуля: десорбции мышьяка из загрязненных почв; сорбционного концентрирования и десорбции мышьяксодержащих веществ; детоксикации концентрированного сорбата, содержащего мышьяксодержащие вещества, с использованием сероводорода и выделением малотоксичного сульфида мышьяка(V). Достоинством предлагаемого устройства является простое аппаратурное оформление процессов десорбции, сорбции и детоксикации.
Технической задачей настоящей полезной модели является разработка безопасного и эффективного устройства для детоксикации почв, загрязненных мышьяксодержащими веществами.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для детоксикации почв, загрязненных мышьяксодержащими веществами, содержит смеситель для приготовления раствора соляной кислоты с загрузочными и выходящим патрубками, насос-дозатор, колонный аппарат периодического действия с питающим и выходящим патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость с мешалкой, входящим патрубком и люком для загрузки едкого натра и выходящим патрубком, насос-дозатор, колонный аппарат периодического действия с питающим и выходящим патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость с мешалкой, входящим и выходящим патрубками, люком для загрузки соляной кислоты, насос загрузочный, реактор с рубашкой, мешалкой, барботирующим устройством, питающими и выходным патрубками, нутч-фильтр разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, причем смеситель подсоединен выходящим патрубком к насосу-дозатору, насос-дозатор подсоединен к питающему патрубку колонного аппарата, приемная емкость подсоединена к выходящему патрубку колонного аппарата и входящему патрубку насоса-дозатора, насос-дозатор подсоединен к питающему патрубку колонного аппарата, приемная емкость подсоединена к выходящему патрубку колонного аппарата и входящему патрубку загрузочного насоса, насос подсоединен к питающему патрубку реактора, нутч-фильтр подсоединен к выходящему патрубку реактора и сливным патрубком к насосу-дозатору.
На фиг. 1 представлено устройство для детоксикации почв, загрязненных мышьяксодержащими веществами.
Модуль I предназначен для осуществления десорбции мышьяка из загрязненных почв. Предлагаемый модуль включает себя колонный аппарат 3 периодического действия, оборудованный питающим и выходящим патрубками, люком для загрузки и выгрузки сорбента, смеситель 1 для приготовления раствора соляной кислоты, используемый в качестве емкости с загрузочными и выходящим патрубками, приемную емкость 4 с мешалкой, входящим патрубком и люком для загрузки едкого натра и выходящим патрубком, насос-дозатор 2, соединенный трубопроводом с питающим патрубком колонного аппарата и всасывающим патрубком с смесителем 1 и приемной емкости 4.
Модуль II предназначен для сорбционного концентрирования и десорбции мышьяка, который включает себя колонный аппарат 6 периодического действия, оборудованный питающим и выходящим патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость 7 с мешалкой, входящим и выходящим патрубками, люком для загрузки соляной кислоты, насос-дозатор 5, соединенный трубопроводом с питающим патрубком колонного аппарата 6 и смесителя 1, с всасывающими патрубками приемной емкости 4 из модуля I и приемной емкости 7 модуля II.
Модуль III предназначен для детоксикации концентрированного сорбата, содержащего мышьяк, с использованием сероводорода и выделения сульфида мышьяка(V). Модуль III включает реактор 8 периодического действия с рубашкой, мешалкой, барботирующим устройством, питающими и выходным патрубками, насос загрузочный 10, соединенный трубопроводом с питающим патрубком реактора 8 и всасывающим патрубком приемной емкостью 7 модуля II, нутч-фильтр 9 разъемной конструкции, обеспечивающей выгрузку сульфида мышьяка(V) в виде осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, соединенный с выходным патрубком реактора 8 и насосом-дозатором 5 модуля II.
Устройство работает следующим образом.
2
В колонный аппарат 3 загружают почвенный сорбент (ПС), загрязненную мышьяксодержащими веществами. В смесителе 1 готовится водный раствор соляной кислоты (HCl). Для этого через загрузочные патрубки подается концентрированная соляная кислота (HCl) и техническая вода (HO). Затем через выходной патрубок смесителя 1 насосом-дозатором 2 раствор подают через питательный патрубок в колонный аппарат 3. Раствор с сорбированным мышьяком (сорбат) через выходной патрубок поступает в приемную емкость 4, затем сорбат насосом-дозатором 2 направляется на циркуляцию через колонный аппарат 3. Циркуляция проводится до достижения содержания мышьяка в сорбате от 200 до 1000 мг/л (в зависимости от вида почвенного сорбента). Сорбат перед подачей из емкости 4 в колонный аппарат 6 модуля II нейтрализуется до значений рН в интервале от 5,5 до 8,5 раствором едкого натра (NaOH). В колонный аппарат 6 модуля II загружают высокоэффективный серо- азотосодержащий гетероцепный полимерный сорбент ((S-N)-C) [Доронина М.С., Ширяева О.А., Филатова Д.Г., Петров А.М. и др. Сорбционно-атомно-эмиссионное определение As, Bi, Sb, Se, и Те в возвратном металлосодержащем сырье // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2013. - Т. 79. - №11. - С. 3-7], затем из емкости 4 модуля I насосом-дозатором 5 сорбат подают через питательный патрубок в колонный аппарат 6, где происходит сорбционное концентрирование мышьяка на поверхности сорбента. Очищенная вода направляется в смеситель 1 модуля I на повторное использование. Процесс сорбционного концентрирования мышьяка осуществляют до достижения содержания мышьяка (от 50 до 100 мг/л) в воде для повторного использования в емкости 7. Для осуществления десорбции концентрированного мышьяка в емкость 7 чрез загрузочный патрубок подается концентрированная соляная кислота (HCl) в количестве, обеспечивающем значение рН в интервале от 2 до 4 в сорбате и через всасывающий патрубок насоса-дозатора 5 проводится циркуляция через колонный аппарат 6 и емкость 7 до достижения содержания мышьяка в полученном сорбате от 50 до 80 г/л. Сорбат из емкости 7 загрузочным насосом 10 подается в реактор 8 модуля III.
2
2
Через загрузочный патрубок реактора 8 подается концентрированная соляная кислота (HCl) в количестве, обеспечивающем значение рН в реакционной массе не менее 2, и охлаждается до температуры не более 10°С. Далее в реактор 8 при работающей мешалке через барботирующее устройство подается газообразный сероводород (HS) до появления значительных количеств сероводорода (HS) в абгазах. Полученная реакционная масса через выходной патрубок направляется в нутч-фильтр 9 модуля III. На нутч-фильтре 9 осадок (сульфид мышьяка(V)) отделяют от жидкой фазы, направляемой на повторное использование. Осадок выгружают с нутч-фильтра 9 и подают на расфасовку.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность десорбции, сорбционного концентрирования и детоксикации почвы, загрязненной мышьяксодержащими веществами. Полученный конечный продукт соответствует IV классу опасности (ГОСТ-12.1007-76), практически не растворим в воде и водных растворах щелочей и кислот.