ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2172297
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Имя изобретателя: Павленко В.И.; Ястребинский Р.Н.; Шевцов И.П.; Мяснянкин В.М.; Замулин В.А.; Фаустов И.М.
Имя патентообладателя: Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов
Адрес для переписки: 308012, г.Белгород, ул. Костюкова, 46, БелГТАСМ, патентный отдел
Дата начала действия патента: 1999.06.21
Изобретение относится к способам и материалам для очистки сточных вод атомной
и радиохимической промышленности, а также природных водных сред от радиоактивных
изотопов и обеспечения радиационной безопасности обслуживающего персонала и
окружающей среды. Способ включает загрузку железосодержащего сорбента на основе
высокодисперсного гематита, модифицированного полиалюмоэтилсиликонатом натрия с
соотношением Si/Al = 2,8-3,2, с последующей его термообработкой при температуре 150-160°С в
течение 60-70 мин при следующем соотношении компонентов, мас. % (в пересчете на сухой
остаток): гематит 90,79-95,86, полиалюмоэтилсиликонат натрия 4,14-9,21, причем сорбцию ведут при
температуре сточных вод 20-60°С, независимых значениях рН среды и скорости фильтрации 2-5
м/ч. Способ обеспечивает повышение степени очистки сточных вод и радиационной
безопасности отработанных сорбентов на основе железооксидных систем.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к материалам для очистки сточных вод атомной и
радиохимической промышленности, а также природных водных сред от радиоактивных
изотопов и обеспечению радиационной безопасности обслуживающего персонала и
окружающей среды.
Наиболее широко в качестве сорбента используются высокожелезистые шламы
фракции 0,1 мм с содержанием железа до 85 мас.% для очистки воды от ионов стронция Sr2+
[1]. Сорбцию проводят в статических условиях при pH 3-8 среды. Равновесное значение сорбции
20-24 ч. Максимальная сорбция ионов Sr2+ 0,37 ммоль/т (степень очистки сточных вод
составляет 31%).
Недостатком известного способа очистки воды от ионов Sr2+ является низкая степень
очистки, использование кислых агрессивных сред, высокое время установления
сорбционного равновесия, узкий pH интервал применения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ
очистки воды от ионов тяжелых металлов, включающий введение в воду сорбента на основе
магнетита и пропускание ее через магнитный фильтр с загрузкой из постоянно
намагниченных элементов, регенерируемых обратной водовоздушной промывкой. После
достижения предельной грязеемкости фильтра перед его регенерацией pH снижают до 3-3,5.
Активацию отработанной суспензии осуществляют электрохимическим путем [2].
Недостатком известного способа является невысокая степень очистки сточных вод от
двухвалентных радиоактивных изотопов, использование кислых агрессивных сред и
сложность технологического цикла очистки.
Изобретение направлено на повышение степени очистки сточных вод и радиационной
безопасности отработанных сорбентов на основе железооксидных систем.
Это достигается тем, что в известном способе очистки сточных вод, включающем
смешивание железосодержащего сорбента с очищаемой водой, сорбцию до установления
сорбционного равновесия, согласно предлагаемому решению в качестве сорбента
используют высокодисперсный гематит, модифицированный полиалюмоэтилсиликонатом
натрия с соотношением Si/Al = 2,8-3,2, с последующей термообработкой модифицированного
сорбента при температуре 150-160oC в течение 60-70 мин при следующем соотношении
компонентов, мас.% (в пересчете на сухой остаток):
Гематит - 90,79 - 95,86
Полиалюмоэтилсиликонат натрия - 4,14-9,21,
причем очистку ведут при температуре сточных вод 20-60oC, а скорость фильтрации
составляет 2-5 м/ч, кроме того, сорбцию ведут при независимых значениях pH среды.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ очистки
отличается использованием в качестве сорбента гематита, наличием у сорбента
модифицированной полиалюмоэтилсиликонатом натрия поверхности, с соотношением Si/Al = 2,8 -
3,2, термообработкой модифицированного сорбента при температуре 150 - 160oC в течение
60-70 мин, очистку ведут при температуре сточных вод 20-60oC, а скорость фильтрации
составляет 2-5 м/ч. Кроме того, сорбцию ведут при независимых значениях pH среды. Таким
образом, заявляемый способ очистки соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими
техническими решениями в данной области, а именно обработка гематита щелочами, в
частности полиалюмоэтилсиликонатом натрия не обнаружена, что позволяет сделать вывод
о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".
В качестве железосодержащего сырья используют высокодисперсный гематитовый
концентрат Яковлевского месторождения КМА с плотностью 5500 кг/м3 фракции 20-30 мкм,
имеющий химический состав, приведенный в табл. 1.
Модификатор полиалюмоэтилсиликонат натрия получают путем обработки широко
распространенного в строительстве водного раствора этилсиликоната натрия (ГКЖ-10, ТУ
6-02-696-76), алюминиевой пудрой марки ПАП-1 при соотношении Si/Al = 2,8 - 3,2. В результате
химического взаимодействия указанных компонентов происходит образование
пространственного металлоолигомера с повышенной молекулярной массой. В процессе
получения металлоолигомера установлено впервые, что с увеличением молекулярной массы
повышается его сорбционная способность.
В качестве двухвалентных радиоактивных изотопов использованы водные растворы,
содержащие изотопы радиоактивного стронция Sr-90 (период полураспада T1/2 = 28,1 лет,
удельная активность A = 152 кБк/кг) широко распространенного не только в атомной и
радиохимической промышленности, но и в природных водах (особенно после аварии на
Чернобыльской АЭС).
Количественное содержание компонентов предлагаемого и известного сорбентов
приведено в табл. 2.
Пример 1
. 69,99 г (93,31 мас.%) гематита дисперсностью менее 50 мкм модифицировали путем
тщательного перетирания с 17,47 мл (6,69 мас.%) полиалюмоэтилсиликоната натрия (ПАЭСР-3,2) в
течение 5 мин. Полученную смесь подвергали термообработке при температуре 150oC в
течение 60 мин. В результате модификации образуется 75 г сорбента. Далее сорбент
измельчали до дисперсности частиц исходного гематита.
Сорбент загружали в адсорбционную колонку диаметром 40 мм. Через колонку снизу вверх
пропускали 1,5 л раствора температурой 40oC и pH 2, содержащего радиоизотоп Sr-90 и
имеющего активность 152 кБк/л. Удельная активность очищенного раствора 0,76 кБк/л. Степень
очистки при скорости фильтрации 2 м/ч составляла 99,5%.
Пример 2
. 69,99 г (93,31 мас.%) гематита дисперсностью менее 50 мкм модифицировали путем
тщательного перетирания с 17,47 мл (6,69 мас.%) полиалюмоэтилсиликоната натрия (ПАЭСН-3,2) в
течение 5 мин. Полученную смесь подвергали термообработке при температуре 150oC в
течение 60 мин. В результате модификации образуется 75 г сорбента. Далее сорбент
измельчали до дисперсности частиц исходного гематита.
Сорбент загружали в адсорбционную колонку диаметром 40 мм. Через колонку сверху вниз
пропускали 1,5 л раствора температурой 40oC и pH 12, содержащего радиоизотоп Sr-90 и
имеющего активность 152 кБк/л. Удельная активность очищенного раствора 0,76 кБк/л. Степень
очистки при скорости фильтрации 2 м/ч составляла 99,5%.
Для получения сравнительных данных параллельно проводились аналогичные эксперименты
на других составах сорбента. Результаты испытаний сорбционных свойств от состава
сорбентов представлены в табл. 3 и 4 (начальная активность радионуклида Sr-90 в водном
растворе составляла 152 кБк/л).
Из табл. 3-4 видно, что предлагаемый способ очистки сточных вод от радиоактивного
стронция Sr-90 при температуре водного раствора 20-60oC и скорости фильтрации 2 м/ч,
позволяет повысить степень очистки воды в 2,2-2,3 раза по сравнению с известным способом.
Зависимость степени очистки водного раствора от радиоактивного Sr-90 при соотношении Si/Al
в модификаторе приведена в табл. 5 (с активностью Sr-90 152 кБк/л).
Из табл. 5 видно, что наиболее высокая степень очистки воды от радиоактивного стронция
Sr-90 достигается при соотношении Si/Al в полиалюмоэтилсиликонате натрия, равном 3.2.
Измерение активности используемых водных систем, содержащих радиоактивный стронций
Sr-90, до и после очистки осуществлено гамма-спектральным методом на базе
многоканального анализатора с программным обеспечением "Прогресс" в
аккредитованной в Госстандарте РФ лаборатории радиоационного контроля "Спектр" (аттестат
аккредитации N 41143-96).
После очистки водных систем предлагаемым сорбентом концентрации радиоактивного
стронция Sr-90 не превышала 45 Бк/кг, что соответствует нормам радиационной безопасности
НРБ-96. Кроме того, отработанный сорбент обладает удельной эффективной активностью не
более 370 Бк/кг, что соответствует 1 классу радиационной безопасности и может
применяться во всех видах строительства согласно ГОСТ 30108-94 ("Материалы и изделия
строительные. Определение удельной эффективной активности естественных
радионуклидов").
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В.Н. Пак, Н.Г. Обухова. Сорбция катионов Sr2+ и Cu2+ из водных растворов
железосодержащими шламами / Ж. прикладной химии. - 1995. - 68, N 2. - С. 214-217.
2. Патент РФ N 1836299. Способ очистки сточных вод. МКИ C 02 F 1/48, 1/28, /А. Н. Кучина, И.А.
Забулонский, Г.Н. Кочетов, Б.М. Емельянов; Киев инж. -строит. ин-т. - N 4939904/26; Заявл. 29.05.1991;
Опубл. 23.08.1993 г., Бул. N 31 (прототип).
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ очистки сточных вод, включающий загрузку железосодержащего
сорбента в очищаемую воду, сорбцию до установления сорбционного равновесия,
отличающийся тем, что в качестве сорбента используют высокодисперсный гематит,
модифицированный полиалюмоэтилсиликонатом натрия с соотношением Si/Al = 2,8 - 3,2, с
последующей термообработкой при температуре 150 - 160oC в течение 60 - 70 мин при
следующем соотношении компонентов, мас.% (в пересчете на сухой остаток):
Гематит - 90,79 - 95,86
Полиалюмоэтилсиликонат натрия - 4,14 - 9,21,
причем сорбцию ведут при температуре сточных вод 20 - 60oC, независимых значениях
рН среды и скорости фильтрации 2 - 5 м/ч.
Версия для печати
Дата публикации 25.02.2007гг
вверх
|