CZ302758B6 - Zpusob imobilizace rozpuštených polyfosfátu a polykremicitanu ve vode - Google Patents

Abstract

Zpusob imobilizace rozpuštených polyfosfátu a polykremicitanu ve vode, kdy v prítomnosti huminových sloucenin obsažených v rašeline dojde pusobením protonu na polyfosfáty a polykremicitany pri hodnote pH roztoku 4 až 8 k jejich hydrolýze, pricemž produkty této hydrolýzy precházejí reakcí s huminovými slouceninami na nerozpustný komplex, címž dojde k jejich vyloucení z roztoku.

Description

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti čištění povrchových a odpadních vod. Týká se snižování koncentrace polyfosfátů a polykřemičitanu ve vodě.

io Dosavadní stav techniky

V ČR se převážná část pitné vody získává úpravou povrchových vod. Proto stále více vystupuje do popředí otázka udržení jejich dostatečné čistoty. Jedním z palčivých problémů, které se postupem doby stávají stále urgentnější, je vysoký obsah nutrientů v povrchových vodách, který vede k přemnožení vodních mikroorganismů.

Obsah nutrientů je jedním z dominantních vlivů na rozvoj sinic v povrchových vodách. Hlavními představiteli nutrientů jsou fosfor a dusík. Poslední výzkumy ukazují, že hlavně obsah fosforuje rozhodující faktor pro rozvoj vodního květu. Do povrchových vod se sloučeniny dostávají např.

splachy z polí a hlavně odpadními vodami. Je stále poměrně malý počet čističek vybavených stupněm zbavujícím odpadní vody fosforu. Na druhé straně je třeba připomenout, že drtivá většina obcí s počtem obyvatel pod 3000 není v ČR čističkami vybavena vůbec. Útlum průmyslové i zemědělské výroby nepřinesl výrazný pokles emisí nutrientů do odpadních vod. V posledním období přesto dochází v celé řadě vodních nádrží k recyklaci živin a prakticky všechny nádrže jsou ohrožovány nadměrným rozmachem sinicí. Základní principy řešení nastíněného stavu spočívají podle ing. Košatského (zpravodaj MŽP ČR Č. 6, 2005) „v komplexu kombinovaných opatření navržených po důkladných analýzách vody a sedimentů v nádržích a vyhledání zdrojů znečištění v celé ploše nad nádržemi. Systematické dlouhodobé řešení musí být navrženo multidisciplinámím projektem postupně řešícím:

1) omezení přísunu živin z povodí

a) z bodových zdrojů komunálních, zemědělských, průmyslových a kanalizací a ČOV

b) z plošných zdrojů revitalizací krajiny jak biologicky, tak techniky - protierozní opatření, např. orba po vrstevnici, zatravnění ploch, zalesnění, vsakovací pásy a průlehy, systémy menších nádrží a poldrů a vším dalším co omezí povrchový odtok vod, jedná se tedy současně o dílčí protipovodňová opatření, kterými se zvyšují retenční schopnosti krajiny

2) omezení či zastavení výroby přípravků domácí chemie s obsahem fosforu

3) odstranění infikovaných sedimentů z nádrží“.

Podle dostupných informací se ukazuje, že 50 % fosforu emitovaného do povrchových vod po45 chází z prostředků na praní, mytí a čištění. Fosfor podobně jako křemík se v těchto přípravcích vyskytuje ve formě polymerů vzniklých polykondenzací příslušné monomemí sloučeniny. Křemičitany sice nepatří mezi nutrienty, ale jejich zvýšená koncentrace způsobuje úhyn mikroflóry a mikrofauny v povrchových vodách, zvyšuje alkalítu vody a škodí rybám. Křemičitany, i přestože jejich obsah v povrchových vodách vykazuje rostoucí tendenci, zůstávají v pozadí, ve stínu nutrientů hlavně na bázi fosforu. V literatuře je publikována celá řada úvah a námětů ke snižování nutrientů v povrchových vodách. Obecně lze konstatovat, že základní princip snižování koncentrace nutrientů již rozpuštěných ve vodách spočívá v převedení sloučenin fosforu nebo dusíku na jinou, biologicky méně dostupnou formu, čímž se sníží nutriční hodnota roztoku. Na toto téma je publikována celá řada různých postupů a metod. Příkladem může být adsorpce na různé mate55 riáiy (pat. US 4 707 270) nebo vytvoření nerozpustné formy sloučenin fosforu s polyvalentními kovy. Aplikace naznačených postupů v přírodě však vyžaduje velmi citlivý přístup. Z pohledu environmentálního inženýrství je nej výhodnější použít přírodních materiálů k izolaci sloučenin fosforu z vody. Jedním z velmi nadějných materiálů se pro tento účel ukazují huminové sloučeniny. Použití huminových koncentrátů je popsáno v patentovém spise WO 983 0076. Odstraňování dusíku a fosforu je popsáno např. ve spise SE 522886. Již v roce 2002 byly popsány metody využívající sloučenin železa a humátů ke snížení koncentrace nutrientů ve vodě (pat. US 6 712 969). Výhody využití látek bohatých na huminové sloučeniny k izolaci nejenom nutrientů, ale i jiných škodlivin jsou naznačovány již v minulém století, (pat. US 5 322 629). Avšak stejně jako práce o využití rašeliny k redukci koncentrace nutrientů (pat. US 6 036 851) (pat. US 6 042 743) nenalezly širšího uplatnění. Z uvedených příkladů je zřejmé, že nastíněné postupy ke snižování koncentrace nutrientů mají několik úskalí, které vedou k validaci výsledků. Předně je to představa o adsorpci sloučenin polyfosfátu nebo polykřemičítanu na huminovou látku, která vede ke snižování její koncentrace v čištěném roztoku. Zcela je pomíjen rozdíl v chemické aktivitě polyfosfátu jak organických, tak anorganických a ortofosforečnanů, stejně tak jako polykřemtčitanů vůči huminovým látkám. Polyfosfáty a polykřemičitany jsou tvořeny řetězcem příslušného prvku, kterýje spojován atomem kyslíku. Tím je určována také jejich chemická povaha. Na rozdíl např. od ortofosforečnanů, je tak sklon k vytváření komplexních sloučenin na bázi polyfunkčních organických látek podstatně nižší. Do úvahy není bráno ani to, že roztoky anorganických polyfosfátu výrazně posilují koloidní charakter směsi a tím brání účinné separaci pevné fáze.

Podstata vynálezu

Naznačené nedostatky odstraňuje postup podle předkládaného vynálezu. Podle vynálezu v přítomnosti huminových sloučenin obsažených v rašelině dojde působením protonu na polyfosfáty a polykřemičitany při hodnotě pH roztoku 4 až 8 kjejich hydrolýze, přičemž produkty této hydrolýzy přechází reakcí s huminovým i sloučeninami na nerozpustný komplex. Tímto dojde ke snížení jejich pohyblivosti a vyloučení z roztoku.

Základní výhoda postupu podle vynálezu spočívá v jednoduchosti praktického provedení a reprodukovatel nosti výsledků. Další výhoda postupu podle vynálezu spočívá v komplexnosti účinků, protože huminové látky rovněž zadržují i amfipatícké sloučeniny a urychlují jejich biodegradaci. (Chiou C. T., Peters L. J., Freed V. H.: Science 206, 831 (1979), Chiou C. T., Peters L. J., Freed V. H.: Science 213, 684 (1981)., Steelink C.: Proceeding of 6^th IHSS Symposium: Hutnic Substances in the Global Environment and Implications on Human Health (Senesi M., Miano Τ. M., ed.), str. 405 Elsevier, Amsterdam 1994). Postupem podle vynálezu odpadá složitá příprava absorbentů, což podstatně zlevňuje celý postup. Rychlost určujícím krokem postupu podle vynálezu je hydrolýza póly nebo oligomerů fosforečných případně křemičitých sloučenin. Vynález a jeho účinky jsou blíže osvětleny na následujících příkladech provedení.

Příklady provedení

K experimentům byio použito rašeliny z Krkonoš a Třeboně.

Všeobecné vlastnosti laboratorních vzorků:

Vlastností	Vzorek Krkonoše	Vzorek Třeboň
Barva	Tmavohnědá až černá	Tmavohnědá až černá
Pach	Velmi slabý	Velmi slabý
Konzistence	Homogenní tekutina	Homogenní tekutina
Hodnota pH	6,2	6,1
Sušina %	18	22
Popel v sušině %	19,3	17,1
Komplex huminových kyselin v sušině %	59,3	61,3

Příklad číslo 1 5

Ve dvoulitrové baňce opatřené magnetickým míchadlem byly v 1000 ml vody rozmíchány 2,0 g rašeliny z Třeboně. Po rozmíchání bylo do baňky vneseno 50 ml roztoku tripolyfosfátu sodného o koncentraci 3,9 mg/ml. Směs byla míchána při teplotě 20 °C, hodnota pH směsi byla 6,8. Vždy po 1 hodině byl odebrán vzorek 200 ml směsi. Odebraný vzorek byl přefiltrován a filtrát rozdělen io na dvě části. V prvé části byla stanovena kolorimetricky koncentrace ortofosforečnanu jeho převedením na fosfomolybdenanovou modr. Ke druhé části bylo přidáno 10 ml kyseliny peroxodisírové a pod zpětným chladičem byla směs zahřívána 12 hodin k varu, čímž byly hydrolyzovány póly fosforečnany. Potom byla stanovena koncentrace takto vzniklých ortofosforečnanu. Výsledky jsou shrnuty v tabulce:

Čas hodin	1. část vzorku koncentrace pg/litr	II. část vzorku koncentrace pg/litr
1	měně než 10	34
2	méně než 10	34
3	méně než 10	20
4	méně než 10	15

Tabulka ukazuje pokles koncentrace tripolyfosfátu ve směsi.

Příklad číslo 2

Ve dvoulitrové baňce opatřené magnetickým míchadlem byly v 1000 ml vody rozmíchány 2,0 g rašeliny z Krkonoš. Po rozmíchání bylo do baňky vneseno 50 ml roztoku tripolyfosfátu sodného o koncentraci 3,9 mg/ml. Směs byla míchána při teplotě 20 °C, hodnota pH směsi byla 6,8. Vždy po 1 hodině byl odebrán vzorek 200 ml směsi. Odebraný vzorek byl přefiltrován a filtrát rozdělen na dvě části. V prvé části byla stanovena kolorimetricky koncentrace ortofosforečnanu jeho převedením na fosfomolybdenanovou modř. Ke druhé části bylo přidáno 10 ml kyseliny peroxodisírové a pod zpětným chladičem byla směs zahřívána 12 hodin k varu, čímž byly hydrolyzovány

-3 CZ 302758 B6 póly fosforečnany. Potom byla stanovena koncentrace takto vzniklých ortofosťorečnanů. Výsled ky jsou shrnuty v tabulce:

Čas hodin	(. část vzorku koncentrace pg/litr	íl. část vzorku koncentrace pg/litr
1	méně než 11	90
2	méně než 10	44
3	méně než 11	25
4	méně než 10	15

Tabulka ukazuje pokles koncentrace tripolyfosfátu ve směsi.

Příklad číslo 3

Ve dvoulitrové baňce opatřené magnetickým míchadlem byly v 1000 ml vody rozmíchány 2,0 g rašeliny z Třeboně. Po rozmíchání bylo do baňky vneseno 50 ml roztoku metakřemičitanu sodného o koncentraci 2,5 mg/ml. Po dvou hodinách míchání bylo odebráno 300 ml směsi a stanoven obsah SiO₃ ². Byla zjištěna koncentrace 8 pg/litr.

Průmyslová využitelnost

Způsob imobilizace rozpuštěných polyfosfátů a polykřemičitanů ve vodě podle vynálezu nalézá využitelnost při čištění odpadních vod např. z rodinných domků, povrchových vod s vysokou koncentrací fosforečnanů a krémíčítánu stejně tak jako při čištění odpadních vod z prádelen.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob imobilizace rozpuštěných polyfosfátů a polykřemičitanů ve vodě, vyznačený tím, že v přítomnosti huminových sloučenin obsažených v raše li ně dojde působením protonu na póly fosfáty a polykřemíčitany při hodnotě pH roztoku 4 až 8 kjejich hydrolýze, přičemž produkty této hydrolýzy přechází reakcí s hum i novými sloučeninami na nerozpustný komplex.