PL184176B1 - Sposób usuwania związków chromu z roztworów wodnych - Google Patents

Abstract

1· Sposób usuwania związków chromu z roztworów wodnych, zwłaszcza z wody naturalnej zawierającej te związki, na drodze adsorpcji przez węgiel aktywny, w którym do rozdrobnionego węgla aktywnego dodaje się roztwór wodny zawierający związki chromu i poddaje ciągłemu mieszaniu, znamienny tym, ze przed zmieszaniem z węglem aktywnym roztwór wodny zawierający związki chromu zakwasza się do pH równego 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0, natomiast po zakończeniu procesu usuwania adsorpcji węgiel aktywny usuwa się i ewentualnie poddaje regeneracji przez zalanie go zasadowym roztworem wodnym do uzyskania pH powyżej 8.0, korzystnie 12.0, przetrzymanie go w tych warunkach przez 3 - 72 h, i następnie, po odlaniu tego roztworu, przepłukanie regenerowanego węgla aktywnego kolejną porcją zasadowego roztworu wodnego, o takim samym pH jak uprzednia kąpiel, objętościowo równą co najmniej jednej objętości regenerowanego węgla aktywnego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania związków chromu z roztworów wodnych metodą sorpcji na węglu aktywnym oraz regeneracji użytego w wynalazku złoża węglowego.

Istnieje wiele metod usuwania związków chromu z wody. Do najważniejszych należą koagulacja, metody membranowe i metody sorpcyjne. Koagulacja jest konwencjonalną metodą usuwania różnych zanieczyszczeń z wody, w tym również metali ciężkich. Z uwagi na koszty inwestycyjne stosowanie tej metody specjalnie do usuwania związków chromu byłoby nieuzasadnione. Obiecującą grupą, metod możliwych do zastosowania przy usuwaniu chromu z wody są metody membranowe, w tym odwrócona osmoza [Bohdziewicz J., Bodzek: Zastosowanie procesu odwróconej osmozy do odzyskiwania chromu ze ścieków galwanicznych, Arch. Ochrony Środowiska 3-4, 47-61 (1985), Bohdziewicz J., Bodzek M., Bień. J.: Ocena możliwości usuwania chromu z wody metodą odwróconej osmozy Ochr. Środowiska 2(57), 7-10 (1995)]. Wydaje się jednak, ze na obecnym etapie koszt zastosowania odwróconej osmozy do usuwania chromu z wody w skali technicznej jest jeszcze zbyt wysoki.

Na tle przedstawionych metod, metoda adsorpcji chromu jawi się jako stosunkowo prosta i relatywnie tania. W literaturze spotkać można szereg opisów usuwania chromu z wody na drodze adsorpcji. Jako sorbent wykorzystywane są rożne materiały, np. ścinki drzewa fikusowego [Singh R.P., Vasishya R.C., Prasad S.C.: A study of removal of hexavalent chromium by adsorption on sawdust, Indian J. Envirometal Protection 12, 916-921 (1992)], najczęściej jednak stosowany jest węgiel aktywny. Wspólną cechą tych rozwiązań jest to, że są realizowane w warunkach laboratoryjnych, na wodzie preparowanej, zawierającej związki chromu w ilościach kilkadziesiąt do kilkuset razy większych niż spotykane w wodzie ze źródeł natu184 176 ralnych. Cykle filtracyjne są krótkie, liczone w godzinach [Dębowski Z., Lach J.: Usuwanie związków chromu z wody na węglu aktywnym. Ochr. Środowiska 4(59), 63-64 (1995)].

Istota wynalazku polega na tym, że proces usuwania chromu z wody zawierającej jego związki, na drodze sorpcji na węglu aktywnym prowadzi się zgodnie z wynalazkiem w środowisku o pH 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0. Roztwór wodny zawierający związki chromu zakwasza się do pH równego 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0, dodaje się do niego rozdrobnionego węgla aktywnego i mieszaninę poddaje się ciągłemu mieszaniu do momentu zaadsorbowania chromu na węglu aktywnym, po czym węgiel ten usuwa się i ewentualnie poddaje regeneracji.

Regenerację węgla aktywnego zawierającego związki chromu prowadzi się przez zalanie go zasadowym roztworem wodnym do uzyskania pH powyżej 8.0, najlepiej 12.0, przetrzymanie go w tych warunkach przez 3 - 72 h. Po odlaniu roztworu przepłukuje się regenerowany węgiel aktywny kolejną porcją zasadowego roztworu wodnego, o takim samym pH jak uprzednia kąpiel, objętościowo równą co najmniej jednej objętości regenerowanego węgla aktywnego.

Wynalazek w odmianie pozwalającej na oczyszczanie roztworów wodnych, a zwłaszcza wody ze źródeł naturalnych, w procesie przepływowym, polega na tym, że złoże węgla aktywnego o wysokości 0.3 do 3.0 m, korzystnie 2.0 m, po umieszczeniu w kolumnie filtracyjnej zakwasza się do wartości pH 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0, po czym przez tak przygotowane złoże przepuszcza się z prędkością 1.0 do 60 m/h oczyszczany ze związków chromu roztwór wodny. Przed wprowadzeniem na kolumnę filtracyjną odczyn pH oczyszczanego roztworu wodnego także doprowadza się do wartości 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0. Po wypełnieniu złoża filtracyjnego związkami chromu, całkowitym ewentualnie częściowym, poddaje się je regeneracji. Regenerację takiego złoża węglowego, znajdującego się w kolumnie filtracyjnej prowadzi się przez zalanie go zasadowym roztworem wodnym do uzyskania pH powyżej 8.0, korzystnie 12.0, przetrzymanie go w tych warunkach przez 3 - 72 h i następnie przepłukanie, korzystnie z dołu do góry, kolejną porcją zasadowego roztworu wodnego, o takim samym pH jak uprzednia kąpiel, objętościowo równą co najmniej jednej objętości regenerowanego złoża.

Zastosowanie w procesie adsorpcji związków chromu na węglu aktywnym nowych środków technicznych, czyli zakwaszenie złoża adsorpcyjnego do pH 4.0 do 6.0 oraz utrzymywanie tego pH w trakcie prowadzenia procesu poprzez zakwaszenie oczyszczanego roztworu do tego samego pH, pozwala na znaczne wydłużenie cykli filtracyjnych, czyli dłuższe stosowanie filtrów bez regeneracji, nawet do 50 dób. Z kolei regeneracja zużytego złoża adsorcyjnego (filtracyjnego) w środowisku zasadowym, najkorzystniej 12 pH, prowadzi do nawet 100% jego oczyszczenia z zadsorbowanych związków chromu.

Wynalazek pozwala na skuteczne i efektywne usuwanie chromu z wody w takim stopniu, ze spełnia ona wymagania wody do picia. Rozwiązanie w wynalazku także sposobu regeneracji węgla aktywnego użytego do oczyszczania wody umożliwia prowadzenie procesu usuwania chromu w sposób wysoce ekologiczny, minimalizujący ilość powstających w jego trakcie odpadów, jak równie ekonomiczny - dzięki wielokrotnemu wykorzystywaniu stosowanego węgla aktywnego.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady

Przykład I

Filtr o wysokości 2,0 m i średnicy wewnętrznej 2,6 cm, wyposażony u góry w przelew, a u dołu w zasuwę umożliwiającą regulację przepływu, zasypano na wysokość 1,4 m węglem aktywnym WD-ekstra Produkcji Hajnowskich Zakładów Suchej Destylacji Drewna. Złoże węglowe zakwaszono tak, że woda na wypływie miała wartość pH równą 5,0. Wodę zawierającą chrom w stężeniu 0,070 mg Cr/l doprowadzono do pH 5.0 i filtrowano przez złoże węglowe z prędkością 20 m/h. Filtr usuwał skutecznie chrom z wody przez ponad 50 dób. Po wysyceniu złoża węgiel zregenerowano w taki sposób, że zalano go wodnym roztworem wodorotlenku sodu i przemywano z kierunkiem przepływu do góry w obiegu zamkniętym tak długo, aż odczyn pH roztworu w filtrze osiągnął wartość 12.0. Następnie pozostawiono filtr w stanie spoczynku na 24 godziny. Po tym czasie płukano złoże wodnym roztworem wodorotlenku sodu o pH 12 0 z dołu do góry z prędkością 12 m/h. Całkowita regeneracja nastąpiła po 10 minutach płukania, co oznaczało, ze przez złoże przepuszczono roztwór płuczący o objęto4

184 176 ści dwukrotnie większej niz objętość złoża. Po zregenerowaniu węgla powtórzono w tych samych warunkach proces adsorpcji chromu na oczyszczonym złoŻu. Uzyskane wyniki nie różniły się istotnie od uzyskanych przed regeneracją.

Przykład II

Trzy filtry o wysokości 2,4 m, średnicy wewnętrznej 8 cm, zaopatrzone u góry w przelew, a u dołu w zasuwę umożliwiającą regulację prędkości przepływu, zasypano złożem węglowym na wysokość 1,7 m. Filtr nr 1 zasypano węglem aktywnym WD-ekstra, filtr nr 2 węglem Norit ROW 0,8 Supra, a filtr nr 3 węglem Chemvitron Carbon Filtrasorb 400. Złoża węglowe zakwaszano do wartości pH 5.0. Następnie wodę zawierającą związki chromu w ilości 0,030 mg/l o skorygowanym pH do wartości 5.0 filtrowano przez wymienione wyżej złoża węglowe z prędkością 5 m/h przez 115 dób. Usunięcie chromu z wody było całkowite we wszystkich trzech filtrach. W chwili zakończenia doświadczenia złoża węglowe były wypełnione zaadsorbowanym chromem w około 25%.

Przykład III

Analogiczny filtr jak przedstawiono w przykładzie II zasypano na wysokość 1,7 m węglem aktywnym WD-ekstra. Po zakwaszeniu złoża do pH 5.0 wodę o zawartości chromu 0,030 mg/l i obniżonej do 5.0 wartości pH filtrowano z prędkością 20 m/h. Filtr pracował 74 doby i w tym czasie całkowicie usuwał związki chromu z wody. W chwili przerwania doświadczenia stan wypełnienia złoża zaadsorbowanym chromem oceniono na 75%. Następnie dokonano regeneracji złoża węglowego. Postępowano analogicznie jak w przykładzie I. Całkowita regeneracja złoża nastąpiła po 4 minutach co przy prędkości płukania równej 50 m/h oznaczało, ze przez złoże przepuszczono roztwór wodorotlenku sodu o objętości około dwukrotnie większej niż objętość złoża. Efektywność procesu regeneracji złoża węglowego oceniono na bliską 100%.

Przykład IV

W zbiorniku umieszczono 20 l roztworu o stężeniu 4,0 mg Cr/l i ustalono odczyn roztworu na równy 5.0. Następnie do zbiornika wsypano 20 g węgla aktywnego o wielkości uziamienia 0,090 - 0,56 mm. Roztwór stale mieszano za pomocą mieszadła mechanicznego. Po 24 godzinach kontaktu z węglem aktywnym nie wykryto w roztworze obecności związków chromu. Następnie węgiel poddano regeneracji w taki sposób, że zalano go 1 l wodnego roztworu wodorotlenku sodu o pH = 12 i pozostawiono na 24 h. Po tym czasie roztwór usunięto i węgiel przepłukano jeszcze dwukrotnie takim samym roztworem o objętościach 1 l. Efektywność procesu regeneracji węgła aktywnego oceniono na bliską 100%.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób usuwania związków chromu z roztworów wodnych, zwłaszcza z wody naturalnej zawierającej te związki, na drodze adsorpcji przez węgiel aktywny, w którym do rozdrobnionego węgla aktywnego dodaje się roztwór wodny zawierający związki chromu i poddaje ciągłemu mieszaniu, znamienny tym, że przed zmieszaniem z węglem aktywnym roztwór wodny zawierający związki chromu zakwasza się do pH równego 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0, natomiast po zakończeniu procesu usuwania adsorpcji węgiel aktywny usuwa się i ewentualnie poddaje regeneracji przez zalanie go zasadowym roztworem wodnym do uzyskania pH powyżej 8.0, korzystnie 12.0, przetrzymanie go w tych warunkach przez 3 - 72 h, i następnie, po odlaniu tego roztworu, przepłukanie regenerowanego węgla aktywnego kolejną porcją zasadowego roztworu wodnego, o takim samym pH jak uprzednia kąpiel, objętościowo równą co najmniej jednej objętości regenerowanego węgla aktywnego.

2. Sposób usuwania związków chromu z roztworów wodnych, zwłaszcza z wody naturalnej zawierającej te związki, na drodze filtracji przez złoże węgla aktywnego, przy prędkości przepływu 1.0 do 60 m/h, znamienny tym, że złoże węgla aktywnego o wysokości 0.3 do 3.0 m, korzystnie 2.0 m, po umieszczeniu w kolumnie filtracyjnej zakwasza się do wartości pH 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0, po czym przez tak przygotowane złoże przepuszcza się oczyszczany ze związków chromu roztwór wodny, którego odczyn pH przed filtracją także doprowadza się do wartości 4.0 do 6.0, korzystnie 5.0, a następnie po wypełnieniu złoża związkami chromu, całkowitym ewentualnie częściowym, złoże poddaje się regeneracji przez zalanie go zasadowym roztworem wodnym do uzyskania pH powyżej 8.0, korzystnie 12.0, przetrzymanie go w tych warunkach przez 3 - 72 h i następnie przepłukanie, korzystnie z dołu do góry, kolejną porcją zasadowego roztworu wodnego, o takim samym pH jak uprzednia kąpiel, objętościowo równą co najmniej jednej objętości regenerowanego złoza.