MD4142C1

MD4142C1 - Procedeu de purificare a apei de hidrogen sulfurat şi sulfuri

Info

Publication number: MD4142C1
Application number: MDA20100114A
Authority: MD
Inventors: Vasile Rusu; Raisa NASTAS; Alexei Maftuleac; Aliona Paniş; Tudor Lupaşcu
Original assignee: Inst De Chimie Al Academiei De Stiinte A Moldovei
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-07-31
Also published as: MD4142B1

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de purificare a apei de hidrogen sulfurat şi sulfuri şi poate fi utilizată în gospodării comunale, piscicole, în acvarii publice, filtre autonome, precum şi la purificarea apelor subterane.Procedeul, conform invenţiei, constă în utilizarea diatomitului modificat, obţinut prin tratarea preventivă a diatomitului cu soluţie de 24% de NaOH, luate în raport de 1 : (10…15), timp de 12 ore, după care suspensia obţinută se încălzeşte pe baie de apă la temperatura de fierbere timp de 2 ore, se adaugă în exces o soluţie de 30% de MnCl2 şi se menţine timp de 24 ore la temperatura camerei, faza solidă se filtrează, se imersează şi se menţine în soluţie de 24% de NaOH timp de 24 ore la temperatura camerei, supernatantul se decantează şi faza solidă se expune la aer, după care se spală cu apă distilată până la reacţia negativă la ionii de Cl-, se granulează şi se usucă la temperatura de 105…200ºC, totodată raportul adsorbantului la apa purificată este de 1 : 800.

Description

Invenţia se referă la un procedeu de purificare a apei de hidrogen sulfurat şi sulfuri şi poate fi utilizată în gospodării comunale, piscicole, în acvarii publice, filtre autonome, precum şi la purificarea apelor subterane.

Circa 50% din cantitatea totală de ape subterane de pe teritoriul republicii se caracterizează printr-un conţinut sporit de diferiţi poluanţi (hidrogen sulfurat, nitraţi, fluor, metale grele). Compuşii sulfului (hidrogenul sulfurat, sulfurile) influenţează negativ asupra calităţii organoleptice a apei, au proprietăţi corozive, toxice şi dăunează sănătăţii omului, impunându-se necesitatea eliminării sau reducerea conţinutului lor până la limitele admisibile.

Eliminarea compuşilor sulfului prin aerare în prezenţa unor adsorbanţi şi/sau catalizatori, de exemplu cărbune activ, oxizi superiori ai manganului, complecşi ai flerului are dezavantajul că necesită utilaj şi materiale speciale, procedeele fiind costisitoare.

Este cunoscut procedeul de purificare a apei de hidrogen sulfurat care constă în utilizarea cărbunelui activ BAU-A, unde la barbotarea aerului prin apă, hidrogenul sulfurat şi sulfurile se oxidează [1].

Dezavantajul procedeului constă în faptul că în procesul de tratare a apei, pe suprafaţa cărbunelui se formează sulf coloidal care blochează porii, scoţându-1 astfel repede din uz.

La fel este cunoscut procedeul de purificare a apelor de hidrogen sulfurat şi/sau sulfuri prin aerarea apei în prezenţa cărbunelui activ, unde în calitate de cărbune activ se utilizează cărbune activ oxidat, iar aerarea apei se efectuează timp de 30...90 min, cu un debit de aer de 10 ... 15 L/oră la 1 g de cărbune activ oxidat, la un raport de masă cărbune activ oxidat : apă de 1 : (350...450) şi pH-ul apei de 7,5...8,5 [2].

Dezavantajul acestui procedeu constă în aceea că adsorbanţii carbonici sunt relativ scumpi, în comparaţie cu cei minerali, din care cauză deseori se dă prioritate utilizării adsorbanţilor minerali.

În calitate de cea mai apropiată soluţie se prezintă procedeul de oxidare a sulfurilor din apă în prezenţa adsorbantului „nisip verde” (greensand) natural sau special prelucrat cu săruri de mangan, apoi cu soluţie de permanganat de potasiu. Forma obţinută de Mn-glauconit şi oxizii manganului servesc în calitate de catalizator şi oxidanţi în procesul de tratare a apelor [3].

Dezavantajul acestui procedeu constă în faptul că materialul necesar, adică adsorbantul (nisipul verde) este foarte costisitor fiind un material importat.

În componenţa diatomitului, resurse însemnate ale căruia sunt localizate în lungul fluviului Nistru, recomandate pentru utilizare în procese sorbtive, de floculare-sedimentare la epurarea apelor reziduale, de rând cu materialul silicios provenit din diatomee, există aşa minerale, cum sunt montmorilonitul, ilitul, caolinitul, precum şi componente amorfe - alumosilicaţi, oxizi ai aluminiului şi fierului. Compoziţia chimică generalizată a diatomitului este prezentată în felul următor (%): SiO2 - 85, A12O3 - 3, Fe2O3 - 2, MgO - 0,5, CaO - 2, pierderi la calcinare - 7.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în elaborarea unui procedeu simplu şi ieftin de purificare a apei de hidrogen sulfurat şi sulfuri.

Comparativ cu alţi adsorbanţi, diatomitul este mai ieftin, iar compoziţia poliminerală a lor, precum şi modificarea chimică permite de a manifesta proprietăţi catalitice de adsorbţie sporite.

Procedeul, conform invenţiei, constă în utilizarea diatomitului modificat, obţinut prin tratarea preventivă a diatomitului cu soluţie de 24% de NaOH, luate în raport de 1 : (10…15), timp de 12 ore, după care suspensia obţinută se încălzeşte pe baie de apă la temperatura de fierbere timp de 2 ore, se adaugă în exces o soluţie de 30% de MnCl2 şi se menţine timp de 24 ore la temperatura camerei, faza solidă se filtrează, se imersează şi se menţine în soluţie de 24% de NaOH timp de 24 ore la temperatura camerei, supernatantul se decantează şi faza solidă se expune la aer, după care se spală cu apă distilată până la reacţia negativă la ionii de Cl-, se granulează şi se usucă la temperatura de 105…200ºC, totodată raportul adsorbantului la apa purificată este de 1 : 800.

Rezultatul invenţiei constă în elaborarea unui procedeu simplu şi ieftin de purificare a apei de hidrogen sulfurat şi sulfuri prin sporirea eficienţei utilizării diatomitului.

Conform invenţiei, procedeul posedă următoarele avantaje:

- În procesele de purificare a apelor de hidrogen sulfurat şi sulfuri este utilizat diatomit autohton, cationic modificat în formă de Mn(IV)-diatomit.

- Datorită porozităţii pronunţate (de cca 30 ori mai mare decât a glauconitului), în particulele de diatomit pot fi fixate cantităţi mai mari de compuşi de mangan per unitate de masă, asigurând o durată de utilizare mai mare.

- Densitatea mică (cca 0,3 g/cm3) a diatomitului, comparativ cu cea a „nisipului verde”, permite utilizarea altor tipuri de aparate de tratare a apei, cu adsorbant/catalizator în suspensie, ceea ce face ca procedeul de purificare a apei propus să fie mai ieftin, mai avantajos şi deosebit de cel luat ca cea mai apropiată soluţie.

- Diatomitul autohton, ca materie primă pentru obţinerea adsorbanţilor/catalizatorilor, este mai ieftin şi prezintă perspective reale pentru solicitări de un spectru mai larg de utilizatori.

Exemplu concret de realizare

Pentru exemplificare s-a folosit diatomitul din localitatea Ghidirim. Mostra de diatomit (fracţiunea <0,14 mm) a fost modificată prin tratarea preventivă a diatomitului cu soluţie de 24% de NaOH, luate în raport de 1 : (10…15), timp de 12 ore, după care suspensia obţinută se încălzeşte pe baie de apă la temperatura de fierbere timp de 2 ore, se adaugă în exces o soluţie de 30% de MnCl2 şi se menţine timp de 24 ore la temperatura camerei, faza solidă se filtrează, se imersează şi se menţine în soluţie de 24% de NaOH timp de 24 ore la temperatura camerei, supernatantul se decantează şi faza solidă se expune la aer, după care se spală cu apă distilată până la reacţia negativă la ionii de Cl-, se granulează şi se usucă la temperatura de 105…200ºC, totodată raportul adsorbantului la apa purificată este de 1 : 800.

Reacţia de oxigenare a Mn(II) în Mn(IV) prezintă un proces autocatalitic, schematic incluzând etapele:

Mn(II) + O2 MnO2(s)\tab(a)

Mn(II) + MnO2(s) Mn(II)-MnO2(s)\tab (b)

Mn(II)-MnO2(s) +O2 2MnO2(s)\tab (c)

Testarea capacităţii de adsorbţie/oxidare a ionilor de sulfură în prezenţa adsorbanţilor minerali s-a efectuat folosind soluţie model de Na2S (având pH-ul 8,86, ajustat cu soluţie tampon de tetraborat de sodiu), cu un conţinut recalculat la ioni de S2- circa 250 mg S2- per litru. Contactarea soluţiei model cu adsorbanţii exemplificaţi s-a efectuat în condiţii statice, la raportul solid : lichid egal cu 1 : 800, timp de 24 ore la temperatura de cameră, după care s-a determinat concentraţia de echilibru a ionilor de sulfură în supernatant, folosind metoda colorimetrică cu săruri de plumb.

Pentru comparaţie, s-a testat diatomitul natural integru (fracţiunea <0,14 mm) şi adsorbantul obţinut după tratare cu sare de mangan în condiţiile descrise mai sus, rezultatele fiind prezentate în tabel.

Tabel

Capacitatea de eliminare a hidrogenului sulfurat din soluţia model

Raportul solid:lichid 1 : 800. Concentraţia iniţială C0=268 mg/L, pH=8,86

Adsorbantul Concentraţia de echilibru Ce, mg/L Capacitatea de adsorbţie/oxidare Caracteristicile organoleptice ale apei tratate mg/g % Diatomit natural. Mostră uscată la 105°C 80 150 70 Soluţia de echilibru este opacă, are miros de H2S Diatomit tratat cu sare de mangan. Mostră uscată la 105°C 0 214 100 Soluţia de echilibru este uşor opalescentă, colorată în roz pal, miros de H2S nu se simte Diatomit tratat cu sare de mangan. Mostră uscată la 200°C 0 214 100 Soluţia de echilibru nu este colorată, miros de H2S nu se simte

Adsorbantul sintetizat prin impregnarea diatomitului cu hidraţi de oxizi Mn(IV) posedă o capacitate de circa 1,5 ori mai înaltă de eliminare a hidrogenului sulfurat din soluţii, în comparaţie cu diatomitul iniţial. Adsorbantul poate fi granulat (brichetat în diferite dimensiuni), iar granulele după calcinare la temperatura de 200°C posedă o duritate mecanică suficientă, nu dispersează în mediu apos şi nu colorează apa tratată, ceea ce prezintă perspective reale de utilizare în practică pentru purificarea apelor.

1. MD 2480 G2 2004.06.30

2. Николадзе Г. И. Улучшение качества подземных вод. М.: Стройиздат, 1987, с. 240

3. Kogel J.E., Trivedi N.C., Barker J. M., Krukowski S. T. Industrial Minerals and Rocks: commodities, markets, and uses. soc. for Mining. Metallurgy and exploration, Colorado, 2006, p. 495-505

Claims

Procedeu de purificare a apei de hidrogen sulfurat şi sulfuri, care include oxidarea sulfurilor în prezenţa adsorbantului, caracterizat prin aceea că în calitate de adsorbant se utilizează diatomitul modificat, obţinut prin tratarea preventivă a diatomitului cu soluţie de 24% de NaOH, luate în raport de 1 : (10…15), timp de 12 ore, după care suspensia obţinută se încălzeşte pe baie de apă la temperatura de fierbere timp de 2 ore, se adaugă în exces o soluţie de 30% de MnCl2 şi se menţine timp de 24 ore la temperatura camerei, faza solidă se filtrează, se imersează şi se menţine în soluţie de 24% de NaOH timp de 24 ore la temperatura camerei, supernatantul se decantează şi faza solidă se expune la aer, după care se spală cu apă distilată până la reacţia negativă la ionii de Cl-, se granulează şi se usucă la temperatura de 105…200ºC, totodată raportul adsorbantului la apa purificată este de 1 : 800.