СПОСОБ ИОНООБМЕННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ
METHOD FOR ION-EXCHANGE PURIFICATION OF WASTE WATER FROM METAL IONS

Изобретение относится к способам ионообменной очистки сточной воды и технологических растворов от ионов металлов с применением полимерных сорбентов и может быть использовано на предприятиях в процессах водоподготовки и оборотного водоснабжения, а также в производстве пивобезалкогольной продукции и очистке питьевой воды.
3+
Известен способ очистки воды от ионов металлов при их совместном присутствии фильтрацией через сополимерные сорбенты, содержащие этилендиаминовые группировки (см. авторское свидетельство СССР №966023, кл. C02F 1/42). Указанный способ обладает селективностью только по отношению к ионам трехвалентного железа (Fe), что является его недостатком, так как ограничено его применение и работоспособность при содержании в воде других ионов.
Известен способ очистки водного раствора, содержащего ионы меди, цинка, железа, путем их пропускания через ионообменные смолы, полученные аминированием (гидразинированием) гидразином сополимера метилакрилата и дивинилбензола (см. авторское свидетельство СССР №528310, кл. C08F 226/02, C08F 8/32, 1975).
Недостатком способа является низкая степень совместной очистки водных растворов от ионов металлов переменной валентности (медь, цинк, никель, хром, железо и т.д.) особенно в присутствии органических загрязнителей.
Известен способ глубокой очистки хромсодержащих и кислотощелочных сточных вод от ионов тяжелых металлов с применением сорбентов с гидразидными фрагментами (Г.И. Зубарева. Технологические схемы глубокой очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов с применением высокоэффективных собирателей. Химическая промышленность, 8. 2001).
3+
Основными недостатками способа являются селективность по отношению к ионам хрома (Сr) и ограниченные возможности удаления ионов других металлов при разнообразном ассортименте и содержании солей в очищаемой воде и снижение эффективности очистки при наличии органических загрязнителей и повышении температуры.
Известен способ удаления из сточных вод поливалентных металлов путем фильтрации через волокнистый кислотостойкий ионообменный фильтровальный материал, включающий полиакриловую кислоту и гидразид полиметакриловой кислоты (Патент РФ 2190454, М.кл. В01D 39/06, B01J 39/08, С03С 25/28).
2+
2+
2+
Недостатками данного способа являются пониженная обменная емкость ионита, селективность по отношению к сорбируемым ионам (Сu, Fe Ni), ограниченная работоспособность при колебании состава и концентрации солей в водном растворе, а также при наличии загрязнителей органического характера и повышении температуры.
+
+
+
-
-
-
6
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод и технологических растворов от ионов никеля и меди путем их пропускания через ионообменные смолы, в качестве которых используют смесь аминокарбоксильного катионита и низкоосновного анионита полимеризационного типа, взятых в объемном соотношении (0,5÷1,5):1 соответственно, при этом аминокарбоксильный катион берут в Kat или Kat/H - форме, где Kat - ион щелочного металла или аммония, а низкоосновный анионит берут в ОН или ОН/Аn-форме, где An - анион минеральной кислоты [Патент на изобретение РФ №2049073, МПКC02F 1/42, 1994].
Недостатками способа являются недостаточная эффективность очистки водных растворов от ионов других металлов особенно в присутствии органических загрязнителей, а также неустойчивые характеристики при повышении температуры очищаемых растворов.
Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности удаления ионов металлов при их большом ассортименте в составе очищаемой воды при наличии сопутствующих органических загрязнителей и повышение стабильности очистки при изменении температуры воды. Поставленный технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу, включающему пропускание сточной воды через смесь аминокарбоксильного катионита и низкоосновного анионита полимеризационного типа, взятых в катионной и анионной форме, используют смесь полимерных сорбентов, представляющую собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола при соотношении группировок дивинилсульфид : этилендиамин : акрилонитрил : стирол : гидразид акриловой кислоты - 1:1:1:1:1.
По данному способу сорбцию ведут на сорбенте, который получен смешением равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола с последующей обработкой гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов (гидразинолиз) (см. Авт.свид. СССР 157105, 1962 г.). При этом получают смесь вторичных полимеров при соотношении группировок дивинилсульфид : этилендиамин : акрилонитрил : стирол : гидразид акриловой кислоты - 1:1:1:1:1.
Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что очищаемую воду пропускают через смесь полимерных сорбентов, представляющих собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102 С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола, содержащую группировки дивинилсульфид, этилендиамин, акрилонитрил, стирол, гидразид акриловой кислоты в соотношении 1:1:1:1:1. Осуществление очистки воды на таком полимерном сорбенте неизвестно.
3+
Технология способа состоит в том, что очищаемый водный раствор, содержащий загрязнители, включая соли тяжелых металлов, и органические загрязнители, пропускают в колонке через смесь полимерных сорбентов, представляющую собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола, содержащую дивинилсульфидные, этилендиаминовые, акрилонитрильные, стирольные, гидразида акриловой кислоты группировки в соотношении 1:1:1:1:1, обменная емкость которого по Fe составляет 280±5 мг/г.
2
2
2
2
Технический результат, который достигается вышеизложенной совокупностью существенных признаков, объясняется тем, что в смеси полимеризационной ионообменной смолы появляется расширенный набор активных группировок =S,- С≡N,- СНСH(NH),- C(O)NHNH, - NH, которые взаимодействуют друг с другом, создают электростатический и комплексообразующий эффект за счет полярности и структурируют эффективные надмолекулярные образования, обеспечивая активную очистку воды от смеси ионов металлов за счет комплексообразования и хемосорбции, что приводит к значительному улучшению технологии очистки в присутствии органических загрязнителей (нефтепродукты).
2
2
2+
2+
2+
2+
3+
6+
3+
3+
1+
Также проявляется комплексная активность сорбента за счет более полного использования свойств нитрильных -С≡N, сульфидных =S, амино -NH и гидразидных группировок -NHNH. Данный полимерный сорбент малочувствителен к колебаниям температуры в пределах 1-90°С, рН среды, концентрации солей и других загрязнителей, не теряет механической прочности в цикле работа - регенерация. Набор активных группировок позволяет эффективно очищать воду от широкого набора ионов металлов: Сu, Fe, Ni, Zn, Cr, Cr, Fe, Co, Hg.
При этом из воды удаляются загрязнения и она становиться чистой, пригодной для использования в водообороте. Способ апробирован на лабораторной установке.
Пример
2+
2+
2+
2+
3+
6+
3+
3+
1+
-
2-
3+
4
2
4
Модельный раствор, содержащий ионы Cu, Fe, Ni, Zn, Cr, Cr, Fe, Co, Hq в виде солей (противоионы Сl, SO ) и органические загрязнители (1,25 мг/л) пропускают снизу со скоростью 5 л/ч через колонку высотой 100 мм и диаметром 11,3 мм, наполненную полимерным сорбентом - продуктом гидразинолиза смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила и стирола, содержащим дивинилсульфидные, этилендиаминовые, акрилонитрильные, стирольные, гидразида акриловой кислоты группировки в соотношении 1:1:1:1:1, имеющего статическую обменную емкость по Fr 280±5 мг/г. Сверху колонки имеется слой мелкого гравия и решетчатая перегородка для предотвращения уноса сорбента. На выходе из колонки периодически отбираются пробы и осуществляется их анализ стандартными методами. Остаточное содержание загрязнителей в воде после очистки соответствует гигиеническим требованиям к качеству воды централизованных систем водоснабжения (СанПиН 2.1.4.559-96). Активация полимерного сорбента в цикле работа - регенерация осуществляется 10%-ным водным раствором HSO противотоком. Результаты реализации способа в сравнении с прототипом приведены в таблице.
Из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявляемой совокупности влияет на достижение поставленной задачи, а именно повышение степени очистки водных растворов от комплекса загрязнителей в широком диапазоне температур, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявляемого технического решения. Способ является полезным для решения экологических задач водоочистки, особенно на стадии тонкой очистки воды, создания замкнутого технологического водооборота и питьевого водоснабжения.
Показатели
Предлагаемый способ
Прототип
Состав очищаемого
Состав очищаемого
водного раствора, мг-экв/л,
водного раствора, мг-экв/л
Сu<sup>2+</sup>
1,25
Cu<sup>2+</sup>
1,20
Zn<sup>2+</sup>
1,25
Ni<sup>2+</sup>
1,25
Fe<sup>3+</sup>
1,25
Органические загрязнители, мг/л
нет
Ni<sup>2+</sup>
1,25
Cr<sup>3+</sup>
1,25
Cr<sup>6+</sup>
1,25
Fe<sup>2+</sup>
1,25
Co<sup>3+</sup>
1,25
Hg<sup>1+</sup>
1,25
Органические
загрязнители, мг/л
1,25
Температура процесса, °С
19-25
1-90
(комнатная)
Водный раствор после очистки
соответствует СанПиН 2.1.4.559-96
Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ является более эффективным: позволяет очищать воду с большим разнообразием загрязнителей в широком диапазоне температур.