СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТРУДНООКИСЛЯЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТРУДНООКИСЛЯЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ


RU (11) 2305664 (13) C2

(51) МПК
C02F 9/12 (2006.01)
C02F 1/72 (2006.01)
C02F 1/32 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.09.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005120433/15 
(22) Дата подачи заявки: 2005.06.30 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.06.30 
(43) Дата публикации заявки: 2007.01.10 
(45) Опубликовано: 2007.09.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2135419 C1, 27.08.1998. US 5139679 A, 18.08.1992. RU 2246450 C1, 20.02.2004. RU 2110485 C1, 10.05.1998. ЕР 0544924 А1, 09.06.1993. ЕР 0537451 А1, 21.04.1993. 
(72) Имя изобретателя: Сизых Марина Романовна (RU); Батоева Агния Александровна (RU); Батоев Валерий Бабудоржиевич (RU); Рязанцев Анатолий Александрович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской Академии наук (БИП СО РАН) (RU) 
(98) Адрес для переписки: 670047, г.Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 8, БИП СО РАН 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТРУДНООКИСЛЯЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к области очистки сточных вод химических, целлюлозно-бумажных и аналогичных производств, содержащих трудноокисляемые органические вещества. Способ очистки включает комбинацию обработки пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора и УФ-облучения. Сточные воды, с предварительно введенным пероксидом водорода, пропускают через смесь железной стружки и углеродсодержащего материала, образующих гальванический элемент, и одновременно облучают ртутно-кварцевой лампой низкого давления. Предложенный способ обеспечивает глубокую очистку сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, например, хлорфенолов при значительно меньшем расходе пероксида водорода за счет интенсификации процесса, обеспечиваемой дополнительным УФ-облучением реакционной смеси. Технический результат изобретения заключается также в полной минерализации трудноокисляемых органических соединений при минимальном расходе окислителя. 1 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области очистки сточных вод химических, целлюлозно-бумажных и аналогичных производств, содержащих трудноокисляемые органические вещества.

Известен способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, включающий обработку пероксидом водорода и УФ-облучение [Нечаев И.А., Верещагина Л.М., Байкова С.А., Логунова А.Ю. Способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений // Патент РФ №2246450, опубл. 20.02.2005, бюл. №5].

Недостатками способа являются большой расход пероксида водорода, мольное соотношение (Н2 O2)/(субстрат)=65, необходимость корректировки рН, длительность процесса, порционное введение окислителя.

Известен способ очистки воды от растворенных органических веществ, включающий пропускание раствора через мембрану, изготовленную из полупроводникового материала на основе TiO 2, CdS, SrTiO2, Fe 2О3, являющуюся фотокатализатором, с одновременным облучением мембраны ультрафиолетом в присутствии избытка окислительного агента [Махмутов Ф.А., Мишкин Р.Н., Царева Е.И. Способ очистки воды от растворенных органических веществ // Патент РФ №2117517, опубл. 20.08.1998].

Недостатками способа являются большой расход пероксида водорода, до 35 моль, и осуществление процесса при избыточном давлении до 12 атм.

Известен метод фотокаталитической очистки загрязненной воды, включающий облучение раствора, в который введены соли железа и пероксид водорода [Safarzedeh-Amiri.A. Photocatalytic method for treatment of contaminated water // Patent US 5266214, Nov., 1992].

Недостатками способа являются большой избыток пероксида водорода, мольное соотношение (Н2O 2)/(субстрат)=16, высокие энергозатраты, связанные с использованием ртутных ламп среднего давления, имеющих низкий КПД преобразования проводимой электроэнергии в энергию УФ-излучения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ очистки сточных вод от органических примесей обработкой пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора, получаемого при пропускании воды через загрузку, состоящую из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала, в присутствии кислорода воздуха [Рязанцев А.А., Батоева А.А., Жалсанова Д.Б. Способ очистки сточных вод от органических примесей // Патент РФ №2135419, опубл. 27.08.99, бюл. 24].

Технический результат изобретения - сокращение продолжительности процесса при сохранении высокой степени очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, заключающемся в комбинации обработки пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора и УФ-облучения, сточные воды, с предварительно введенным пероксидом водорода, пропускают через смесь железной стружки и углеродсодержащего материала и одновременно облучают ртутно-кварцевой лампой низкого давления.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходную воду, содержащую трудноокисляемые органические соединения, в нашем случае хлорфенолы, добавляют серную кислоту до достижения водородного показателя рН 3. Затем в раствор дозируют пероксид водорода в количестве 25-50% от стехиометрически необходимого и подвергают его гальванокоагуляционной обработке с одновременным УФ-облучением. Обработку воды проводят в установке, содержащей источник излучения - ртутно-кварцевую лампу низкого давления ДБ-30 с максимумом УФ-облучения в бактерицидном диапазоне длин волн, цилиндрический кварцевый реактор и отражатель. Последний выполнен из нержавеющей стали в виде оболочки, в разрезе представляющей собой эллипс. При этом источник облучения и реактор размещены в зонах, соответствующих фокусам эллипса. Подобная форма отражателя и способ расположения излучателя и реактора обеспечивают высокий коэффициент использования энергии УФ-излучения, так как поток УФ-излучения, отражаясь от внутренней поверхности оболочки, концентрируется в зоне второго фокуса и воздействует на жидкость [Верещагин В.Л., Занин В.П., Паур В.А., Верещагин Л.А. Устройство для облучения жидкостей // Патент РФ №2055610, опубл. 10.03.1996].

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 системы Фентона. УФ-облучение позволяет интенсифицировать процесс, благодаря дополнительному образованию гидроксильных радикалов за счет диспропорционирования пероксида водорода и восстановления железа (III). Наблюдается синергический эффект.

Способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1 (по известному способу). Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.96 ммоль/л, что составляет 50% от стехиометрически необходимого. Продолжительность контакта загрузки с раствором 1, 5 и 10 минут. Эффект очистки соответственно составил 48, 82, 100% соответственно.

Пример 2 (по известному способу). Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого. Продолжительность контакта загрузки с раствором 1, 5 и 10 минут. Эффект очистки соответственно составил 62, 67, 77% соответственно.

Пример 3 (по известному способу). Модельные растворы 2,4-дихлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого. Продолжительность контакта загрузки с раствором 1, 5 и 10 минут. Эффект очистки соответственно составил 60, 63 и 65% соответственно.

Пример 4. Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.96 ммоль/л, что составляет 50% от стехиометрически необходимого, и облучают в течение 1 и 3 минут. При этом доза облучения составила соответственно 0.37 и 1.12 кДж/см2, а эффект очистки 98 и 100% соответственно.

Пример 5. Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого, и облучают в течение 1, 3 и 10 минут. При этом доза облучения составила соответственно 0.37, 1.12 и 3.73 кДж/см2, а эффект очистки 66, 83 и 100% соответственно.

Пример 6. Модельные растворы 2,4-дихлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают гальванокоагуляционной обработке с добавлением пероксида водорода в количестве 0.48 ммоль/л, что составляет 25% от стехиометрически необходимого, и облучают в течение 1, 3 и 10 минут. При этом доза облучения составила соответственно 0.37, 1.12 и 3.73 кДж/см2, а эффект очистки 75, 80 и 92% соответственно.

Пример 7. Модельные растворы 2-хлорфенола с исходной концентрацией 0.16 ммоль/л, с водородным показателем рН 3, подвергают облучению в течение 1 минуты с добавлением пероксида водорода в количестве 0.96 ммоль/л, что составляет 50% от стехиометрически необходимого, и без добавления. Доза облучения составила 0.37 кДж/см2, а эффект очистки 10 и 3% соответственно.

Данные, свидетельствующие о преимуществе предложенного способа по сравнению с известным, приведены на чертеже.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает сокращение продолжительности обработки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения - хлорфенолы, за счет интенсификации процесса, обеспечиваемой синергическим эффектом, возникающим при дополнительном УФ-облучении реакционной смеси.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений путем обработки пероксидом водорода в присутствии железосодержащего катализатора, отличающийся тем, что подкисленные сточные воды, содержащие пероксид водорода и кислород воздуха, пропускаемые через смесь железной стружки и углеродсодержащего материала, образующих гальванический элемент, облучают ртутно-кварцевой лампой низкого давления.