RS53411B - Postupak uklanjanja metala iz vodenog medijuma koji sadrži metale - Google Patents

Abstract

Postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, u kome se pomenuta voda dovodi u dodir sa materijalom-nosačem, gde materijal-nosač funkcioniše kao adsorpcioni medijum za metale, pri čemu postupak obuhvata sledeće stepene (faze):a) obezbeđivanje filtracionog medijuma već obloženog hidroksidom gvožda kao materijala-nosača,b) dovođenje u dodir materijala-nosača dobijenog u stepenu a) sa vodom tako da se dobije odvodna voda,c) prekidanje stepena b) kada sadržaj metala u odvodnoj vodi prede određenu vrednost,d) regenerisanje (obnavljanje) materijala-nosača iz stepena c), i po mogućstvue) ponavljanje stepena b)-d),naznačen time, što se pomenuti stepen d) regeneracije (obnavljanja) izvodidovođenjem u dodir pomenutog materijala-nosača sa rastvorom Fe(II). Prijava sadrži još 9 patentnih zahteva.

Description

Ovaj pronalazak se odnosi na postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, u kome se pomenuta voda dovodi u dodir sa materijalom-nosačem, pri čemu materijal-nosač funkcioniše kao adsorpcioni medijum za metale.

Takav postupak je poznat iz međunarodne prijave WO 94/06717, gde se voda koja sadrži metale propušta kroz čestični materijal-nosač u prisustvu rastvora Fe (II) i oksidanta, takvom brzinom i u takvom pravcu da se materijal-nosač u vodi fluidizuje. Kada takvi Fe (II) joni dođu u dodir sa površinom materijala-nosača u prisustvu oksidanta, Fe (II) joni se adsorbuju na površini materijala-nosača, a adsorbovani Fe (II) joni se zatim oksidišu čime se formiraju Fe (III) joni koji se zatim brzo prevode u hidroksid gvožđa putem reakcije sa vodom. Sloj tako formiranog hidroksida gvožđain situse ponaša kao adsorbent za metale ili može da reaguje sa metalima koji se nalaze u vodi, pri čemu se metali tada vezuju za čestice materijala-nosača. Na osnovu eksperimentalnih rezultata koji su prikazani u Tabeli 5 napred pomenute međunarodne prijave, na primer, efikasnost uklanjanja npr. arsena je početno niska, naime iznosi 65.3%, nakon čega se ta efikasnost lagano povećava do vrednosti od približno 99.8%. Na osnovu ovih merenja očigledno je da odvodna voda iz reaktora sadrži značajnu količinu metala na početku postupka, što je čini neprikladnom za ljudsku upotrebu. Prilikom odlivanja odvodne vode u površinsku vodu, visoki sadržaj gvožđa takođe može predstavljati problem. Iako efikasnost uklanjanja, posle izvesnog vremena, dostiže vrednost od više od 99%, odvodna voda koja je dobijena na početku postupka je još uvek jako zagađena teškim metalima. Jedan nedostatak takvog postupka je činjenica da je često teško u praksi odrediti trenutak u kome se postiže visok stepen efikasnosti, posebno u onim slučajevima gde se ne koristi skupocena oprema za analize. S obzirom da materijal-nosač mora biti u fluidizovanom stanju, moraju se ispuniti posebni zahtevi u vezi sa dimenzijama materijala-nosača. To znači da je samo frakcija sa tačno određenom veličinom čestica pogodna za primenu za takav postupak.

Dokument Jens Moller: „uklanjanje rastvorenih teških metala iz nakupljene površinske kišnice pomoću peska obloženog gvožđe oksidom" iznet na međunarodnoj konferenciji o komunalnim otpadnim vodama 8. septembra 2002. god, str. 1-11 opisuje postupak za odstranjivanje rastvorenih teških metala u površinskom toku kišnice korišćenjem peska obloženog gvožđe oksidom čija se regeneracija vrši potapanjem u blagi kiseli rastvor.

Dokument US 5,075,010 opisuje postupak uklanjanja gvožđa i mangana iz podzemnih voda korišćenjem sloja čestica od granula antracita, kvarcnog peska ili plastičnih granula sa kontinualnim obrazovanjem i regeneracijom obloge od gvožđe hidrokisda korišćenjem Fe<2+>koje je već prisutno u vodi u kombinaciji sa aeracijom i kontrolisanjem Fe<3+>i pH vrednosti vode po aeraciji.

U dokumentu Sharma S: Adsorpciono uklanjanje gvožđa iz podzemnih voda (Adsorptive iron removal from ground water) iz decembra 2001. god. opisan je postupak koji je fokusiran samo na uklanjanje gvožđa, dok se predmetni pronalazak odnosi na uklanjanje više metala (uključujući arsen, olovo, hrom, bakar, kadmijum, nikl i selen). Za razliku od postupka opisanog u navedenom dokumentu predmetni pronalazak predviđa: (a) novu kombinaciju faza koja za rezultat ima brojne prednosti tehnologije uklanjanja metala i (b) novu kompenzacionu fazu regeneracije koja je za razliku od poznatih pristupa intermitentna, kratka i bazirana na visokoj koncentraciji Fe(II) koje se dozira samo u toku ove faze.

Cilj ovog pronalaska je da se obezbedi postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, pri čemu se visoka efikasnost uklanjanja teških metala postiže već od samog početka.

Sledeći cilj ovog pronalaska je da se obezbedi postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, pri čemu do sada važeći kritični zahtevi u vezi sa određenom veličinom čestica materijala-nosača više nemaju značaja.

Sledeći cilj ovog pronalaska je da se obezbedi postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, pri čemu se materijal-nosač, koji je zasićen metalima, može obnoviti na jednostavan i efikasan način.

Sledeći cilj ovog pronalaska je da se obezbedi postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, kojim će se koristi materijal-nosač koji je dostupan u velikim količinama..

Pronalazak, kao što je opisan u uvodu, naznačen je time što postupak sadrži sledeće stepene: a) obezbeđivanje filtracionog medijuma koji je obložen hidroksidom gvožđa i koji će imati ulogu materijala-nosača, b) dovođenje u dodir materijala-nosača koji je dobijen u stepenu a) sa vodom tako da se dobije odvodna voda, c) završetak stepena b) kada sadržaj metala u odvodnoj vodi pređe određenu vrednost, d) obnavljanje materijala-nosača iz stepena c) dovođenjem u dodir pomenutog

materijala-nosača sa rastvorom Fe (II), i po mogućstvu

e) ponavljanje stepena b)-d).

Jedan ili više ciljeva ovog pronalaska postižu se izvođenjem ovde opisanog postupka.

Potrebno je posebno naglasiti daje ovde opisani pronalazak efikasan neposredno po početku stepena b). Odvodna voda koja je dobijena u stepenu b) smatra se vodenim tokom, a sadržaj metala u njoj je niži od sadržaja metala u vodi iz koje se metali uklanjanju. Primenom specijalnog materijala-nosača, posebno filtracionog medijuma obloženog hidroksidom gvožđa, dobija se tok odvodne vode koji ne sadrži teške metale i to neposredno pošto je voda dovedena u dodir sa materijalom-nosačem. Primenom opisanog postupka efikasnost uklanjanja je veća od 99% već na samom početku. S obzirom na to, da se visok stepen efikasnosti postiže od trenutka kada su voda i materijal-nosač dovedeni u međusobni kontakt, tako dobijena odvodna voda je pogodna za upotrebu, na primer kao voda za piće pogodna za ljudsku upotrebu.

Uobičajeni uslovi postupka su:

prečnik materijala-nosača = 0.8-5.0 mm,

brzina filtracije = 0.5-20-0 m/h, poželjno 5.0-10.0 m/h,

trajanje stepena a-b) = u prošeku nekoliko nedelja,

ukupna dubina filtracionog sloja = 0.5-4.0 m, poželjno 2.0-3.0 m.

Podrazumeva se daje filtracioni medijum uređen kao nepokretni sloj, ali u posebnim varijantama poželjno je rasporediti određen broj pojedinačnih filtracionih jedinica, posebno 2-3 filtracione jedinice, u seriji, pri čemu se svaka filtraciona jedinica može obnoviti posebno, a da pri tom nije potrebno isključiti celokupnu instalaciju. Pored toga, moguće je da svaka filtraciona jedinica u seriji funkcioniše po proizvoljnom redosledu.

S obzirom na to, da će materijal-nosač posle izvesnog vremena biti zasićen metalima koji se uklanjanju iz vodene sredine, sadržaj metala u odvodnoj vodi će biti viši od unapred određene vrednosti. Drugim rečima, unapred određena granična vrednost sadržaja metala u odvodnoj vodi je prekoračena. To znači da materijal-nosač koji je zasićen metalom mora biti podvrgnut postupku regeneracije (obnavljanja), pri čemu se taj postupak posebno izvodi spajanjem materijala-nosača iz stepena c) sa rastvorom Fe (II). Fe (II) se adsorbuje na površini materijala-nosača u toku stepena d) u kome se vrši regeneracija, a Fe (II) se takođe i oksiduje kao rezultat prisustva kiseonika u vodenoj sredini. Takođe je moguće koristiti oksidaciona sredstva, kao što su ozon, vodonik-peroksid, kalijumpermanganat, hlor i slično. Kao rezultat toga, na materijalu-nosaču je formirana nova površina, pri čemu takva površina može da funkcioniše kao novo adsorpciono mesto za teške metale koji se uklanjaju.

Takav se postupak regeneracije može se ponoviti nekoliko puta. Jedna prednost takvog postupka regeneracije je činjenica da se materijal-nosač obnavlja brzo i efikasno, pri čemu nisu potrebne velike količine hemikalija. Osim toga, rastvor Fe (II) je dostupan na veliko i po niskoj ceni kao sporedni proizvod industrije obrade čelika. U prethodno razmatranoj međunarodnoj prijavi WO 94/06717, u toku stepena adsorpcije vrši se kontinuirano doziranje rastvora koji sadrži Fe (II), pri čemu se uvek meri sadržaj Fe (II) u odvodnoj vodi. Ovo znači da odvodna voda koja je dobijena iz postupka prema međunarodnoj prijavi WO 94/06717 uvek sadrži određenu količinu Fe (II), što negativno utiče na njenu dalju upotrebu, na primer kao vode za piće ili tehničke vode. Osim toga, prisustvo Fe (II) može imati negativan uticaj na mogućnost oticanja odvodne vode u površinsku vodu, posebno u slučaju obrade otpadne vode. Pored toga, postupak prema međunarodnoj prijavi WO 94/06717 zahteva kontinuirano doziranje rastvora Fe (II). Podrazumeva se da takvo kontinuirano doziranje ne samo da povećava troškove, već istovremeno predstavlja i dopunski teret za korisnika.

Filtracioni medijum obložen oksidom gvožđa koji je korišćen u ovom pronalasku izabran je iz grupe koju čine pesak, kamen plavac, antracit ili njihova kombinacija, posebno je korišćen pesak iz postojećeg postrojenja za prečišćavanje podzemne vode. Takav tip peska dostupan je na veliko, a on već ima omotač od oksida gvožđa.

Specifični uslovi postupka za stepen regeneracije jesu:

brzina filtracije = 5-50 m/h, poželjno 10-20 m/h,

sadržaj Fe (II) = 50-200 mg/l,

trajanje = 0.5-2 časa,

pH vrednost = 5.0-8.0, poželjno 6.0-7.0.

Prethodno navedeni uslovi za regeneraciju mogu se takođe prilagoditi, ako je neophodno, na primer, sadržaj Fe (II) može biti povećan do vrednosti neposredno ispod granice rastvorljivosti Fe (II). Opisani postupak regeneracije može se posebno izvesti u jednom i istom kontejneru ili filtracionoj jedinici, što znači da se adsorpcioni stepeni a)-c), kao i stepen d) regeneracije izvode u istom kontejneru (sudu) ili filtracionoj jedinici. U praksi će ovo imati veliki značaj. U posebnoj varijanti takođe je moguće, sa druge strane, ukloniti materijal-nosač, koji je zasićen jonima metala, i obnoviti ga izvan kontejnera, na primer spajanjem sadržaja drugih adsorpcionih jedinica.

Postupak prema ovom pronalasku se može koristiti za istovremeno uklanjanje, između ostalog, sledećih teških metala: olova, arsena, hroma, žive, bakra, mangana, nikla, kadmijuma i selena, pri čemu su ovi metali prisutni u vodi u rastvorenom obliku.

Pogodna voda je na primer podzemna voda, voda za piće, tehnička voda, industrijska (otpadna) voda i površinska voda, pri čemu je predstavljeni pronalazak posebno pogodan za pripremu vode za piće kao i za preradu industrijske (otpadne) vode. S obzirom na to, da se regeneracija materijala-nosača iz stepena c) izvodi spajanjem materijala-nosača sa rastvorom koji sadrži Fe (II), poželjno je da se materijal-nosač ispere vodenim rastvorom, posebno vodom koja ima visok sadržaj kiseonika, pre ponovnog izvođenja adsorpcionih stepena a)-c), tako da se uklone pahuljice gvožđa, a kao rezultat toga oksidacija Fe (II) na površini materijala-nosača biće nastavljena. Takođe je moguće, u posebnoj varijanti, upotrebiti vodeni tok koji sadrži hemikalije, na primer ozon, hlor, vodonik-peroksid, kalijumpermanganat. Kada se koristi takav tretman, pahuljice gvožđa neće ulaziti u tokove odvodne vode koji su se formirali u toku postupka regeneracije.

U predstavljenom postupku, stepen b) se izvodi na takav način da se materijal-nosač može smatrati nepokretnim slojem, što znači da fluidizacija nosača koja je bila potrebna prema međunarodnoj prijavi \VO 94/06717, više nije neophodna.

Da bi se postigao intenzivan kontakt između vode koja sadrži metale i materijala-nosača, stepen b) se poželjno izvodi na takav način da se voda propušta u pravcu na gore kroz sloj materijala-nosača. Podrazumeva se, međutim, da ovaj postupak ne isključuje propuštanje vode u pravcu na dole kroz sloj materijala-nosača.

Da bi se postigao manji pad pritiska kroz nepokretni sloj materijala-nosača, poželjno je da materijal-nosač prema stepenu a) ima prosečan prečnik od 0.8-5.0 mm.

Ovaj će pronalazak će sada biti detaljnije objašnjen kroz određen broj primera, sa pozivom na priložene dijagrame.

Slika 1 je šematski prikaz efikasnosti uklanjanja mangana iz vodenog toka.

Slika 2 je šematski prikaz uklanjanja arsena iz vodene kompozicije.

Slika 3 je šematski prikaz regeneracije filtracione jedinice posle određenog broja stepena regeneracije.

Slika 4 je šematski prikaz uticaja ciklusa obavljanja na uklanjanje arsena iz vodene kompozicije.

Slika 5 je šematski prikaz uklanjanja teških metala iz vode.

U nastavku se navode primeri izvođenja pronalaska. Svi primeri su izvedeni na način koji je dat u prethodnom opisu i sa parametrima datim u prethodnom opisu, koji se ovde neće ponovo navoditi.

Primer 1

Podzemna voda koja sadrži mangan, arsen i gvožđe u količinama od 3.13 mg/l, 417 u.g/1 i 3.45 mg/l, redom, propuštana je kroz filtracionu jedinicu koja sadrži filtracioni medijum obložen hidroksidom gvožđa kao materijal-nosač, primenom prosečne brzine filtracije od 0.2 m/h i prosečnog vremena kontakta od 58 minuta. Rezultati ovog eksperimenta su grafički prikazani na Slici 1, na kojoj se vidi daje efikasnost uklanjanja u toku određenog vremenskog perioda znatno iznad 90%.

Primer 2

U ovom je primeru model kompozicije podzemne vode propuštan kroz filtracionu jedinicu, pri čemu filtraciona jedinica sadrži pesak obložen hidroksidom gvožđa. Dubina filtracionog sloja je bila 2.4 m i brzina filtracije 2 m/h. Kompozicija podzemne vode koja je imala funkciju tečnog modela imala je sledeći sadržaj arsena (V) = 250 ± 50 u.g/1, P04 " = 0.25 ± 0.10 mg kao P i HC03" = 250 ± 20 mg/l, sa pH vrednošću 7.7. Rezultat je grafički prikazan na slici 2, sa koje se može videti da sadržaj arsena u odvodnoj vodi ima uglavnom konstantnu vrednost koja je manja od 5 u.g/1.

Primer 3

U cilju određivanja profila uklanjanja arsena korišćena je filtraciona kolona koja sadrži filtracioni medijum obložen hidroksidom gvožđa, naime pesak iz postojećeg postrojenja za preradu podzemne vode, kao i model kompozicija podzemne vode. Kompozicija podzemne vode bila je sledeća: arsen As (V) = 250 ± 50 u.g/1, HCO3" = 250 ± 20 mg/l, sa pH vrednošću 7.7 ± 0.2. Brzina filtracije bila je 5 m/h i dubina sloja 2.3 m. Eksperimentalni podaci su grafički prikazani na Slici 3, na kojoj se može videti da se visok stepen uklanjanja arsena postiže čak i posle 14 postupaka regeneracije (obnavljanja).

Primer 4

Model kompozicije podzemne vode, koja sadrži arsen As (V) - 205 ± 50 u.g/1, HCO3' = 250 ± 20 mg/l, propuštan je kroz filtracionu jedinicu sa brzinom filtracije od 5 m/h i dubinom filtracionog sloja od 2.3 m. Rezultati eksperimenta, sa sadržajem arsena koji je određivan na različitim položajima duž filtracione jedinice, prikazani su na Slici 4, na kojoj se može videti da je sadržaj arsena u odvodnoj vodi uglavnom nezavisan od broja postupaka regeneracije (obnavljanja).

Primer 5

Voda koja ima početni sadržaj olova od 4 g/l i početni sadržaj kadmijuma, nikla, bakra i hroma od po 2 mg/l, podvrgnuta je adsorpcionim eksperimentima. Rezultati eksperimenata su grafički prikazani na Slici 5, na kojoj se može videti da su se sadržaji teških metala u odvodnoj vodi značajno smanjili posle perioda kontakta od oko 5 dana.

Claims (10)

1. Postupak za uklanjanje metala iz vode koja sadrži metale, u kome se pomenuta voda dovodi u dodir sa materijalom-nosačem, gde materijal-nosač funkcioniše kao adsorpcioni medijum za metale, pri čemu postupak obuhvata sledeće stepene (faze): a) obezbeđivanje filtracionog medijuma već obloženog hidroksidom gvožđa kao materijala-nosača, b) dovođenje u dodir materijala-nosača dobijenog u stepenu a) sa vodom tako da se dobije odvodna voda, c) prekidanje stepena b) kada sadržaj metala u odvodnoj vodi pređe određenu vrednost, d) regenerisanje (obnavljanje) materijala-nosača iz stepena c), i po mogućstvu e) ponavljanje stepena b)-d), naznačen time, što se pomenuti stepen d) regeneracije (obnavljanja) izvodi dovođenjem u dodir pomenutog materijala-nosača sa rastvorom Fe(II).

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što je filtracioni medijum koji je obložen hidroksidom gvožđa izabran iz grupe koju čine pesak, kamen plavac, antracit ili njihova kombinacija.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 2, naznačen time, što je korišćen pesak iz postojećeg postrojenja za preradu podzemnih voda.

4. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što se stepeni a)-d) izvode u istom kontejneru.

5. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što se materijal-nosač ispira vodom posle regeneracije prema postupku iz stepena d), tako da se uklanjaju pahulje gvožđa koje su se formirale u toku pomenute regeneracije.

6. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što se stepen b) izvodi na takav način da se materijal-nosač ponaša kao nepokretni sloj.

7. Postupak prema patentnom zahtevu 1,naznačen time,što se stepen b) izvodi na takav način da se voda propušta u pravcu na gore kroz sloj materijala-nosača.

8. Postupak prema patentnom zahtevu 1,naznačen time,što materijal-nosač prema stepenu a) ima prosečan prečnik od 0.8-5.0 mm.

9. Postupak prema patentnom zahtevu 1,naznačen time,što brzina filtracije vode u stepenu b) iznosi 0.5-20.0 m/h.

10. Postupak prema patentnom zahtevu 1,naznačen time,što ukupna dubina sloja materijala-nosača iznosi 0.5-4.0 m.