CS242255B1 - Způsob čištění odpadních vod pomocí sorbentů - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu odstraňování aniiomtových barviv a aniontových povrchově aktivních látek z vodných roztoků, zejména z odpadních vod pomocí nerozpustných derivátů celulózy obecného vzorce I Ofi R,, ΗΦ I R, !t ) kde Ri a R2 jsou alkyly s počtem uhlíků 1 až R3 je fenyl nebo benzyl, X- je aniontový zbytek organické neboanorganické kyseliny, případně skupina OH-, Cel je zbytek makromolekuly celulózy. Tento postup umožňuje odstranit z odpadních vod i taková aniontová barviva, kteirá jsou jinými postupy jen Obtížně odstranitelná.

Description

Vynález se týká odstraňování aniontových barviv a aniontových povrchově aktivních látek z vodných roztoků, zejména z bareveiriských odpadních vod pomocí sorpčních materiálů.

Producentem odpadních vod tohoto typu jsou především textilní zušlechťovny. Odpadní ivody z těchto lokalit obsahují vedle organických a anorganických nečistot velké množství barviv a povrchově aktivních látek, které zůstávají v barvicí lázni i po ukončení barvicího procesu.

Rovněž prací vody jsou barvivý a povrchově aktivními látkami značně znečištěny. Převážná většina používaných barviv a povrchově aktivních látek má anionakitivní charakter. Většinou jde o velmi dobře rozpustné látky, jejichž odstraňování z odpadních vod je obtížné.

Biologické čištění Odpadních vod v kterékoliv z možných variant většinou neposkytují dobré odbarvení. Barviva nejsou dostatečně biologicky rozložitelná, takže odbarvení odpadních vod v biologickém systému je pouze částečné.

Při čištění textilních odpadních vod je proto v současné době nejpoužívanějším způsobem chemické čiření, vzhledem ke schopnostem tohoto procesu odstranit z odpadních vod většinu barviv.

Typickým piroiblémem všech způsobů čiření je nadměrná tvorba kalu, poitíže s jeho odvodňováním a skládkováním. Při čiření je rovněž zvyšována solnost vypouštěných odpadních vod, což je nežádoucí a legislativně limitováno.

Při odbarvování odpadních vod textilních se také uplatňují (jako samostatný fyzikálněchemický stupeň) sorpční procesy. Mají řadu předností oproti ostatním způsobům čištění — necitlivost vůči toxicitě odpadních vod, nízké nároky na stavební plochu, při vlastním procesu nejsou do odpadních vod vnášeny další látky.

V současné době převažuje adsorpce rna granulovaném aktivním uhlí. Nevýhodou aktivního uhlí je však vysoká cena a .nutnost regenerace při vysokých (teplotách. V poslední době byly sice nalezeny regenerační postupy pomocí selektivních rozpouštědel (izopropanol), avšak nejsou prozatím průmyslově rozšířeny z důvodu nedostupnosti těchto; rozpouštědel.

Ostatní metody odbarvování (ionexy, membránové pďstupy, elektrochemické postupy) jsou v současné době ve srovnání s běžnými“ technologiemi značně .nákladné, takže jejich průmyslové využití prakticky nepřichází v úvahu.

Většinu uvedených nedostatků řeší způsob čištění odpadních vod pomocí sorbentů, který odstraňuje aniontová barviva a/nebo aniontové povrchově aktivní látky z vodných roztoků, zejména odpadních vod barevenských.

Způsob se vyznačuje tím, že se vodné roztoky aniontových látek uvedou ve styk s nerozpustnými deriváty celulózy obecného vzorce I

R<»

I⁷®

Ce t - 0 -C C H“ CH₉-N - Ra ^X I z _t on (I ) kde

Ri a R2 jsou alkyly s počtem uhlíků 1 až 4,

Rs je fenyl nebo benzyl,

X^- je aniontový zbytek oirganické nebo anorganické kyseliny, případně skupina OH,

Cel je zbytek makromolekuly celulózy při teplotě <0 alž 100 °C.

Kvartér,ní amoniové sloučeniny schopné reagovat s makromolekulou celulózy, jsou využívány především při barvení celulózových vláken. Celulózová vlákna, do nichž je reakcí s těmito látkami zavedena silně kationtová amoniová skupina (vzorec I), jsou schopna v daleko vyšší míře přijímat aniontová barviva a vázat je na sobe.

Tohoto¹ poznatku však lze využít i v takových případech, kdy je třeba z vodných roztoků aniontová barviva a další aniontové látky odstranit. Jde především o likvidaci nežádoucích barevných i nebarevných substancí v odpadních vodách.

Odstraňování rozpouštěných látek z vodných roztoků použitím tuhých absoirhentů může mít v podstatě dvě modifikace. Buď je sorbent rozptýlen v roztoku za současného míchání a po dosažení rovnováhy následuje separace obou fází, nebo je vodný roztok filtrován přes filtr, v němž je umístěna sorpční vrstva.

Odstraňování rozpouštěných látek z vodxi daleko častěji používána. Tento· způsob čištěni lze výhodně použít přímo u zdrojů malých objemů koncentrovaných odpadních vod, např. na odtoku z barvicích a pracích aparátů. K likvidaci znečištění obsaženého v těchto koncentrovaných odpadních vodách lze použit zařízení o nižším objemu, a tak pozitivně ovlivnit ekonomiku čištění.

Navrhovaný postup čištění odpadních vod spočívá ve využití sorbentu na principu nerozpustných kationtových derivátů celulózy, které jsou schopny vázat na sebe iontové substance anioutového charakteru.

Takové sorpční materiály lze připravit působením sloučenin obecného vzorce II

N- (2,3-epoxypropyl)-N-benzyl-N,N-dipropylamoniumchlorid.

Rý-N-CH^Y

R' (II) kde

Ri a R2 jsou alkyly s počtem uhlíků 1 až 4,

Rs je fenyl nebo benzyl,

X“ je aniontový zbytek organické nebo anorganiclké kyseliny,

Y je skupina —CH—CH2 \/

O nebo —CH—CHz

I I

OH Cl za přítomnosti alkálií na celulózový substrát, s výhodou odpadu ze zpracování dřeva — piliny, hobliny nebo vlákenný odpad ze zpracování bavlny.

Sloučeniny obecného vzorce ireagují s hydroxylovými skupinami celulózy již za studená. Celulózový odpad lze jednoduše napojit jejich alkalickým roztokem a po 8 až 12 hodinách je reakce skončena. Reakci je možno urychlit zvýšením teploty. Při 60 stupích C postačí k reakci čas 60 až 90’ minut. Reakce sloučenin obecného vzorce II proběhne velmi dobře zasušením jejich alkalických roztoků na celulózových substrátech, a to při teplotě sušení 100 až 150 °C.

Užitečnou dynamickou sorpční kapacitu sorbentu lze zjistit průtokem čištěného vodného roztoku přes filtrační vrstvu sorbentu. U odtoku z filtru se sleduje barevnost vodného roztoku.

Konec zkoušky byl indikován zvýšením barevnosti odtoku nad zvolenou mez, jejíž hodnota byla stanovena jako barevnost odpovídající 9% barevnosti přítoku. Užitečná dynamická sdrpční kapacita odpovídá váhovému množství barviva zachyceného váhovou jednotkou sorbentu do zvýšení barevnosti odtoku nad zvolenu mez.

Jako příklady sloučenin obecného vzorce lze uvést:

V následujících příkladech je popsán postup přípravy sorpčních materiálů i způsob jejich využití:

P ř í k il a ď W

Smrkové piliny o hmotnosti 1ΌΟΟ g se ve vhodné nádobě rovnoměrně napojí 1000 ml roztoku obsahujícího g . 1^_1 N-(3-chÍor-2-hydroxypropyl)-N-benzyl-N,N-dimethylamoniumchloridu 20 g . I^-1 hydroxidu sodného.

Teplota lázně je 20 °C. Lázeň se 'ponechá na piliny působit 12 hodin. Na ivhoidném. sítě se dále piliny praním vodou zbaví přebytku alkálie. Tak je tento materiál připraven k použití jako sorbent aniontových látek.

Stejným způsobem byly připraveny deriváty celulózy a dalších sloučenin uvedených v předchozím textu.

Příklad 2

Postup přípravy sorbentů shodný jako v příkladu 1, s tím rozdílem, že bylo použito bukových pilin a jako reakční činidlo N-(3-chlor-2-hydroxypropyl)-N-fenyl-N,N-dimethylamoniumsulfát.

Zkouška k určení dynamické sorpční kapacity takto’ připraveného sorbentu byla prováděna v trubici světlosti 19 mm, délky 460 mm, která byla naplněna sorhentem o hmotnosti 17 g. Přítok na filtr obsahoval:

100 mg. I“¹ barviva Přímá čerň č. C. 1.19 0,25 g . l-ι NazCOs g . 1-1 NaCil

Rychlost průtoku laboratorním filtrem byla ml.h^-1. U odtoku z filtru byla sledována barevnost. Konec zkoušky byl indikován zvýšeními barevnosti odtoku nad zvolenou mez, jejíž hodnota byla stanovena jako barevnost odpovídající 5% barevnosti přítoku.

Užitečná dynamická sorpční kapacita c ₅ %, která odpovídá váhovému množství barviva zachyceného hmotnostní jednotkou sorbentu do zvýšení barevnosti odtoku nad zvolenou hodnotu, byla stanovena 41 g barviva/kg sarbentu.

P ř ík 1 a d 3

N-(3-ehlor-2-hydroxypropyl)-N-benzyl-N,Ndimethylamonrumehlorid, N-(3-chlor-2-'hydroxypropyl j-N-fenyl-N^dimethylamoniumsulfát,

N- (2,3-epoxypropyl J -N-f enyl-N,N-diethylamoniumacetát,

Postup přípravy sorbentu shodný jako v příkladu 1, s tím rozdílem, že bylo použito reakční činidlo N-(2,3-epoxypropyl)-N-fenyl-N,N-diethylamoniumsuÍfát.

Adsorpce barviva probíhala stejným způ242255 sobem jako v příkladu 2, s tím rozdílem, že přítok obsahoval tyto komponenty:

100 ml. Γ“¹ barviva Reaktivní modř číslo C. I. 82

5.5 g . 1-1 NU2CO3 40 g . l-i NaCl.

Užitečná dynamická sorpční kapacita c ₅ o/o byla stanovena 29 g barviva/kg sorbentu.

Příklad 4

Postup přípravy sorbentu shodný jako v příkladu 1, s tím rozdílem, že bylo použito reakční činidlo N-(2,3-epoxypropyl)-N-benzyl-N,N-dipropylamioniumchilorid.

Adsorpce barviva probíhala stejným způsobem jako' v příkladu 2, s tím rozdílem, že přítok obsahoval tyto komponenty:

100 ml. l-i barviva Kyselá čerň č. C. I. 26

2.5 ml. l-i NazSOá.

pH přítoku upraveno na 6,6. Užitečná dynamická sorpční kapacita byla stanovena 11 g barviva/kg sorbentu.

Příklad 5

Postup přípravy sorbentu shodný jako u příkladu 1. Stanovení užitné sorpční kapacity íbylo provedeno shodně s příkladem 2, s tím rozdílem, že byla stanovena užitečná dynamická . soirplční kapacita pro sorpci aniomaktivních tenzidů. Přítok na filtr obsahoval 250 mg .l-i detergentu s účinnou složkou ailkylpolyglykoletbersulfát.

Konec zkoušky byl indikován zvýšením koncentrace účinné složky v odtoku nad hodnotu odpovídající 5% koncentraci této· složky v přítoku. Přítomný anionaktivní sulfát byl stanovován selektivní fotometrickou metodou s methylenovou modří.

Výsledky jsou udávány v mlg. I“¹ n-dodecylsulfátu (DDS), který se používá jako standard. Užitečná dynamická sorpční kapacita c^{5 0/0} byla stanovena 36 g DDS/kg sorbentu.

Příklad 6

Postup přípravy sorbentu shodný jako u příkladu 2. Adsorpce anionaktivního tenzidu byla provedena shodně jako u příkladu 5, s tím rozdílem, že přítok obsahoval 250 miligramů. 1 detergentu s účinnou složkou diethylsulifojantairan sodný. Byla stanovena užitečná dynamická sorpční kapacita c₅o/_c 44 g DDS/kg sorbentu.

Příklad 7

Odpadní vody z barvicího aparátu jsou filtrovány přes filtr s náplní sorbentu, připraveného dle příkladu 1.

V barvicím aparátu je zpracovávána bavlněná příze 34/2 na křížem soukaných cívkách (hmotnost příze 60 kg) v lázni obsahující:

% z hmot. materiálu barviva Reaktivní modř č. C. I. 4 g . l-l NaCl g . l-i NaaCOs

0,2 g. l“i smáčedlo (TTP s obsahem diethylsulf o jantaranu sodného).

Poté následuje obvyklé praní. Sdružené odpadní vody z barvení a piraní o teplotě 50 °C, jsou po dobu 6 hodin přiváděny na filtr se sorpční vrstvou.

Technologické parametry sorpčního procesu: doba zdržení 30 minut, povrchové zatížení 2 m. h'i. Bylo dosaženo snížení barevnosti přítoku o¹ 80 %.

Příklad 8

Odpadní vody po barvení bavlněné stuhy ve vaně jsou filtrovány přes filtr s náplní sorbentu, připraveného dle příkladu 1. Barvicí lázeň obsahovala:

1.4 % z hmot. materiálu barviva Přímá oranž č. C. I. 37

0,4 % z hmot. materiálu barviva Přímé! červeň č. C. I. 23

0,6 g/1 NaCl

1,0 g/1 Na2'CO3

0,5 g/1 smáčedlo (TTP s obsahem díethylsulfojantaranu sodného)

1.5 m/1 přípravek pro úpravu vody (TTP s obsahem čtyřsodné soli ethylendiaminotetraoctové k yse lín y).

Vyčerpaná barvicí lázeň o teplotě 20 °C je po dobu 216 hodin přiváděna na filtr se sorpční vrstvou,

Technologické parametry procesu: doba zdržení 20 minut, povrchové zatížení 2,5 m. . h^_1. Bylo dosaženo snížení barevnosti přítoku o 70%.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   VYNÁLEZU

   Způsob čištění odpadních vod pomocí sorbentů, který «odstraňuje aniontová barviva a/nebo aniontová povrchově aktivní látky z vodných roztoků, zejména z odpadních vod ibarevenských, «vyznačený tím, že se vodné roztoky aniontových «látek uvedou ve styk s nerozpustnými deriváty celulózy obecnéhO' vzorce I kde

   Ri a R2 jsou alkyly s počtem uhlíků 1 až 4,

   Rs je fenyl nebo benzyl,

   X^- je antontový zbytek organické nebo anorganické kyseliny, případně skupina OH^-, Cel je zbytek «makromolekuly «celulózy při teplotě 0 aiž 100 °C.