Микроэлементы &mdash это химические элементы, которые содержатся в тканях человека, животных и растений в концентрациях 1:100 000 (или 0,001%, или 1 мг на 100 г массы) и менее. Среди микроэлементов различают эссенциальные, т. е. жизненно необходимые, условно эссенциальные и токсические. Литий и бор относятся к условно-эссенциальным, а барий к токсическим микроэлементам.
Частичнобарий попадает в окружающую среду в результате деятельности человека, однако в воду он попадает в основном из природных источников. Как правило, содержание бария в подземных водах невелико. Однако в районах, где залегают содержащие барий минералы (барит, витерит), его концентрация в воде может составлять от единиц до нескольких десятков миллиграмм на литр. Содержание бария в воде также зависит от наличия в ней сульфатов. Дело в том, что сульфат бария имеет крайне низкий предел растворимостии легко выпадает в осадок, поэтому относительно высокое содержание бария возможно только в водах с низким содержанием сульфатов. Будучи достаточно крупным катионом, барий довольно хорошо сорбируется глинистыми частицами, гидроксидами железа и марганца, что также снижает его подвижность в воде.
Основным путем поступления бария в организм человека является пища.Однако в районах, где концентрация бария в воде высока, питьевая вода также может внести вклад в суммарное потребление бария.
Данные USEPA(Агенство США по защите окружающей среды) свидетельствуют о потенциальной опасности повышения кровяного давления при длительном употреблении воды, содержащий барий, а также отом, что даже разовое употребление водыс повышенным содержанием барияможет привести к мышечной слабости и болям в брюшной области.
В природных водах и источниках питьевого водоснабжениялитий содержится в малых концентрациях 10 -3 &mdash10 -2 мг/л и лишь в минеральных источниках, вода которых используется для лечебных целей, он нередко содержится и в более высоких концентрациях.Природным источником лития служат минералы сподумен, лепидолит и другие.
Хоть и в малых количествах, но литий необходим организму человека.Если будет нехватка лития, то у человека начнут развиваться всевозможные хронические заболевания, в частности психические и нервные.Японские ученые доказали, что содержание лития в питьевой воде снижает риск суицида. В то же время, передозировка элемента приводит к негативным последствиям серьезно изменяется обмен веществ.Ученые до сих пор не определили суточную потребность в литии, не известна и летальная доза. Но известна токсическая доза это 92-200 мг. Такое большое количество получить из воды или продуктов питания невозможно.
При попадании в организм органического лития, усваивается лишь необходимое количество элемента, остальное выводится. Поэтому при естественном потреблении избытка этого элемента не будет.
Источникомбора в подземных водах служат бороносные осадочные породы, породы, сложенные известково-магнезиально-железистыми силикатами и алюмосиликатами (так называемые скарны), соленосные отложения, а также вулканические породы и глины, содержащие бор, сорбированный из морской воды. Источниками соединений бора в природе служат также воды нефтяных месторождений, рапа соленых озер, термальные источники, особенно в районах вулканической активности.
В природных водах бор находится в виде ионов борных кислот.
В минерализованных щелочных водах(при рН 7-11)концентрация бора может достигать единиц и даже десятков мг/л, что делает такую воду потенциально небезопасной для питьевого применения.
При поступлении боратов или борной кислоты внутрь с водойбор быстро и почти полностью поглощается из желудочно-кишечного тракта. Выведение бора происходит в основном через почки. При непродолжительном употреблении внутрь бора в повышенных концентрациях возникает раздражение желудочно-кишечного тракта. При длительном воздействии соединений бора нарушение процессов пищеварения приобретает хронический характер (развивается так называемый борный энтерит), возникает и борная интоксикация, которая может поразить печень, почки, центральную нервную систему. В длительных исследованиях на животных было выявлено негативное воздействие бора на репродуктивную функцию у мужских особей, а также токсическое действие на эмбрион во время беременности с возможностью возникновения дефектов у новорожденных.
В 1774 году известным шведским фармацевтом Карлом Шееле был открыт такой химический элемент, как барий. И это большая досада, что такое важное открытие затянулось, ведь его могли сделать еще в средние века, если бы местные алхимики уделяли больше внимания научным рудам, а не изобретению философского камня. Многие из них мечтали научиться получать чистое золото из дешевых металлов, но тщетные попытки так ни к чему и не привели. Однако именно эти эксперименты и стали предпосылками к открытию бария.
В семнадцатом веке Винченцио Касциороло, итальянский алхимик и сапожник в одном лице, обнаружил в горах крупный тяжелый камень и попытался его проверить на наличие золота. С помощью угля и олифы незадачливый золотоискатель прокалил камень, но ничего ценного в нем не обнаружилось, зато произошло кое-что интересное. Камень стал светиться красным светом, причем это свечение не пропадало даже после полного остывания. Винченцио рассказал о своем открытии коллегам, которые принялись проводить различные опыты над подобными камнями, желая получить золото.
И только через 170 лет Шееле открыл оксид бария. А вот в чистом виде этот металл удалось получить английскому химику Хэмфри Дэви лишь в 1808 году. Свое название барий получил, благодаря своей тяжести, ведь по-гречески «барий» значит «тяжелый». И в самом деле, среди всех легких металлов (а именно к ним барий и относится) этот элемент обладает самым значительным весом. Так что название вполне оправданно.
Барий – это щелочноземельный металл, он обладает серебристо-белым цветом, а по текстуре этот элемент мягкий и немного вязкий. В чистом виде в природе его не найти. Барий получают искусственно из сульфатов, карбонатов, силикатов, а также из барита и тяжелого шпата. Кроме того, данный металл может содержаться в воде и живых организмах: растениях и органах животных.
Биологическая роль
Какова же роль бария в жизни человека. По заявлениям ученых, этот металл еще недостаточно тщательно изучен. И, по их дружному мнению, жизненно важной ценностью он не обладает. Но процесс изучения металла еще не окончен, так что все может в корне измениться, а сейчас барий относят к токсичным ультрамикроэлементам.
При различных заболеваниях ЖКТ, а также сердечнососудистых заболеваниях в организме резко снижается уровень бария. Также стало известно, что малое количество этого минерала способно оказывать влияние на гладкую мускулатуру кишечника, например, при отравлениях барием могут появиться мышечная слабость и даже мышечные спазмы.
Симптомы передозировки и дефицита бария
В человеке с массой тела около 70 кг содержится не менее 20-22 мг бария. В кишечнике в самых малых количествах всасываются соли бария, а вот в дыхательных путях этого элемента в 5-6 раз больше. Барий содержится не только в мышечных тканях, он есть и в головном мозге, и в селезенке, и в хрусталике глаза, и в крови, в костях и зубах. Последние содержат наибольшее количество бария, по сравнению с остальными органами и тканями. В зубах и костях – около 90% от общего количества. Этот элемент очень удачно гармонирует с кальцием, при необходимости даже может заменить его, так как эти минералы очень близки по своим химически свойствам. Но при чрезмерном количестве бария, к примеру, когда превышено его содержание в почвах, может произойти нарушение обмена кальция. А вследствие этого можно заработать уровскую болезнь – тяжелейшее заболевание, на фоне которого из-за быстрого вымывания кальция замедляются процессы окостенения, а опорно-двигательный аппарат скорейшим образом изнашивается.
Доза бария, наносящая вред здоровью человека, примерно 200 мг. А смертельно опасная доза определена нечетко, по одним источникам она начинается от 0,8 г, по другим – от 3,8 г. Но все-таки более вероятным кажется первый вариант.
Барий не вызывает онкологических заболеваний или мутаций, однако его опасность кроется в его токсичности. Безопасен лишь сульфат бария, который применяется в медицине, его применяют для рентгена. Когда содержание бария в организме превышено, он начинает поражать клетки крови, мышечные ткани, нейроны, ткани сердца и другие важные органы.
Избыточное поступление бария в человеческий организм в большинстве случаев связано с производственными или бытовыми отравлениями. По крайне мере, так это явление объясняют ученые.
Многие отрасли промышленности применяют этот металл. Среди них можно выделить нефтяную, электрическую, бумажную, стекольную, лакокрасочную, металлургическую, резиновую, керамическую, полиграфическую и многие другие.
При обработке древесины и при производстве инсектицидных средств применяют фторид бария. Таким образом, он используется и в сельскохозяйственной сфере, а ведь это вещество токсично для людей, животных и растений в равной степени. Вот почему его нужно как следует изучать.
По мнению ученых, в тех районах сельской местности, где активно применяют барий для борьбы с вредителями, намного чаще встречается такое заболевание, как лейкоз. И даже такие банальные вещи, как штукатурка, содержат соединения того металла, а значит строители также имеют риск заработать какое-либо заболевание на фоне избытка бария.
Очень опасны водорастворимые соли бария: карбонаты, сульфаты, нитраты и хлориды. Безопасными считаются только фосфаты и сульфаты бария.
При отравлении солями бария появляются следующие симптомы: ощущение жжения во рту, обильное выделение слюны, рвота, кишечные колики, диарея, обильное потоотделение и бледность кожных покровов. Нервная система тоже подает сигналы бедствия: появляется шум в ушах, нарушается координация, расстраивается мозговая деятельность. Пульс слабеет, могут произойти аритмия или брадикардия.
Существует и хроническая форма отравления барием. Правда, ее проявление не столь резкое, как при острой форме, но она не менее опасна для человека. Подобная проблема может возникнуть только у людей, работающих на производстве, где воздух загрязнен соединениями бария. Дело в том, что вдыхание пыли с такими соединениями приводит к многочисленным заболеваниям дыхательных путей, которые отягощаются фиброзным процессом. Рубцы и утолщения в тканях приводят к тяжелой одышке, которая постоянно прогрессирует, принося с собой сухой неудержимый кашель и боли в груди. Последствиями могут стать не только изменение дыхательных путей и легочная недостаточность, но и пневмония, различные бронхиты и туберкулез.
Избыток бария довольно сложно скорректировать. В некоторых ситуациях благополучный исход практически невозможен. Чтобы нейтрализовать соли бария, нужно ввести сернокислые соли кальция и магния. Только они способны преобразовать соли бария в сульфаты, которые потом можно спокойно вывести из организма.
При тяжелой степени отравления помощь должна быть молниеносной, что порой бывает невозможным, в таких ситуациях летальный исход может наступить в течение 24 часов. Уже 0,2-0,5 г этих веществ могут вызвать тяжелейшее отравление, не говоря уже о 0,8 г, которые могут привести к смерти.
При таком сильном отравлении необходимо в срочном порядке сделать промывание желудка и клизму с раствором сульфата магния и натрия. С помощью рвотных средств можно удалить нерастворимые соли бария, но это уже должно происходить в условиях стационара, как и последующее лечение.
Мало кому придет в голову принять барий внутрь, однако в медицинской практике были случаи, когда его употребляли ошибочно вместо другого препарата. Вот почему нужно знать, как вести себя в подобной ситуации.
Если говорить о работе на вредном производстве, то здесь главное – это вовремя сделать спектральный анализ волос, специальная процедура, которая поможет определить наличие хронического отравления солями бария. Ведь можно долгие годы не замечать проблемы, пока однажды не наступит кризис. Конечно, цена процедуры немаленькая, но здоровье все равно дороже. Так что стоит обезопасить себя и провериться, а в придачу к этому желательно время от времени проводить анализ питьевой воды в своем регионе.
Суточная потребность в барии
Несмотря на то, что свойства бария изучены плохо, существует суточная норма этого минерала. Она равна 0,3-0,9 мг в сутки. Воздействие бария на человеческий организм не всегда имеет негативный характер. Когда он работает вместе с ацетилхолином (это один из главных нейромедиаторов), их совместное действие расслабляет сердечную мышцу.
Человеческий организм получает барий вместе с водой и пищей. Этим минералом очень богаты морепродукты, в них его во много раз больше, чем в морской воде, а в морских водорослях его еще больше. То же самое касается и растений: если почва богата барием, то выросшее на ней растение будет в разы превышать это количество. В воде тоже может быть много бария, все зависит от местонахождения источника, а вот в воздухе этого элемента немного.
Элемент периодической таблицы Менделеева барий был открыт Карлом Шееле, известным шведским химиком и фармацевтом, в 1774 году. Его открытие, однако, могло произойти и раньше, если бы средневековые алхимики больше думали о науке, чем о средствах достижения богатства. Известно, что очень многие из них потратили свои жизни в бесплодных поисках получения золота из более дешёвых элементов, и умерли, так ничего и не добившись.
В самом начале XVII века одному итальянскому сапожнику, Винченцо Касциароло, занимавшемуся ещё и алхимией (тогда ею не занимались только ленивые и те, кто имел настоящие источники дохода), пришло на ум проверить на наличие золота найденный в близлежащих горах тяжелый камень. Сначала он прокалил его с углём и олифой, но золота не получил, зато получил интересное красноватое свечение, не исчезавшее и тогда, когда прокаленный камень уже остыл. Сапожник-алхимик поделился открытием с коллегами, и все стали дружно стараться выделить из подобных камней золото, проводя сотни экспериментов с самыми разными веществами. Прошло достаточно много времени, но золота не было, и про тяжелые камни постепенно забыли.
Почти через 170 лет Шееле сделал своё открытие – он получил оксид бария – BaO.
Англичанин Хэмфри Дэви, тоже известный химик, в 1808 году всё же выделил новый элемент, который и был назван барием – «тяжелым», от греческого «barys». Мы сегодня знаем, что барий относится к легким металлам, но среди них он действительно самый тяжелый, так что название свое вполне оправдывает.
Барий – это серебристо-белый щелочноземельный металл, мягкий и слегка вязкий. В природе он не встречается в чистом виде, и при необходимости его выделяют из соединений – карбонатов, сульфатов, силикатов; и минералов, в основном тяжёлого шпата, или барита. Содержится барий и в воде, а также в живых организмах – некоторых растениях и тканях животных.
Барий в продуктах
В организм человека барий поступает с продуктами питания и водой. В некоторых морепродуктах его в десятки (а в морских растениях – в сотни) раз больше, чем в морской воде. В растениях – томатах, соевых бобах и др., бария может быть в десятки раз больше, чем в почвах, на которых они растут; бывает много бария и в питьевой воде, но не так часто; в воздухе его немного.
Барий в организме
Что означает барий для нас, и какова его роль в организме человека? Биологи говорят, что он изучен недостаточно, но не считают его жизненно важным элементом – даже условно. Тем не менее, сегодня барий изучается, и о его роли, возможно, вскоре узнают больше, а пока учёные относят его к токсичным ультрамикроэлементам.
При заболеваниях пищеварительной системы, некоторых сердечнососудистых заболеваниях количество бария в организме человека уменьшается. Установлено также, что даже в ничтожно малых количествах он заметно влияет на состояние гладкой мускулатуры – не зря при отравлениях барием отмечаются мышечные спазмы и сильная мышечная слабость.
Хотя роль бария не изучена, его суточная доза для человека определена – от 0,3 до 0,9 мг. Расслабляющее воздействие бария не всегда бывает вредным: учёные выяснили, что он работает «в паре» с ацетилхолином – одним из основных нейромедиаторов, и способствует расслаблению сердечной мышцы.
Избыток бария
В организме человека с массой тела около 70 кг содержится примерно 20-22 мг бария. Растворимые соли бария всасываются в кишечнике в небольших количествах; в дыхательных путях его может быть в 6-8 раз больше. Барий есть не только в нашей мышечной ткани и крови – напротив, в костях и зубах его содержится больше, чем во всех остальных тканях организма – до 90%. Барий взаимодействует в организме с кальцием – он может даже замещать его в костях, так как близок к нему по биохимическим свойствам. Однако при постоянном избыточном поступлении бария – например, когда его много в почвах, - нарушается кальциевый обмен, и может развиться тяжёлое заболевание – уровская болезнь, при которой процессы окостенения замедляются, а опорно-двигательный аппарат изнашивается очень быстро.
Барий есть в головном мозге, селезёнке, мышцах и хрусталике глаза.
Токсической дозой для человека считается 200 мг; что касается смертельной дозы, то здесь мнения расходятся – приводятся цифры от 0,8 до 3,7 г, хотя первая цифра всё же вероятнее.
Барий не относят к элементам, вызывающим рак или мутации, но все его соединения для человека токсичны – кроме того вещества, которое используют в медицине, когда делают рентген – это сульфат бария.
Барий при повышенном содержании в организме поражает клетки крови, нейроны, ткани сердца и других органов.
Каким образом в организме появляется лишний барий? Биологи называют это «избыточным поступлением», но не уточняют, как именно это происходит, хотя говорят о производственных и бытовых отравлениях.
Соединения бария применяются во многих отраслях промышленности и производства: в электронике, нефтяной, стекольной, бумажной, текстильной, керамической, лакокрасочной, резиновой, металлургической, полиграфической и т.д.
Фторид бария используется при обработке древесины и производстве инсектицидов – значит, он применяется и в сельском хозяйстве, однако на животных и человека он может оказывать токсическое влияние, поэтому его тщательное изучение необходимо.
Исследования показывают, что у жителей сельской местности лейкоз чаще встречается там, где для борьбы с вредителями используются соединения бария; некоторые отделочные материалы – например, штукатурка, могут вызывать заболевания у строителей, которые с ними работают.
Водорастворимые соли бария считаются опасными для человека – это сульфиды, карбонаты, нитраты, хлориды; сульфаты и фосфаты бария практически безопасны.
Если человек отравился солями бария, то симптомы будут выраженными и яркими: возникает жжение во рту и пищеводе, сильно выделяется слюна, появляется тошнота и рвота, колики в кишечнике и понос. Со стороны нервной системы: расстройства мозговой деятельности и нарушения координации движений, шум в ушах и головокружение; со стороны сердечнососудистой системы: экстрасистолия – распространённая форма аритмии, брадикардия и слабый пульс; наблюдается также обильное потоотделение – пот холодный, а кожа всего тела бледнеет.
Хроническое отравление, возникающее при работе на вредных производствах, не проявляется так резко. При вдыхании пыли, содержащей соединения бария, у рабочих возникает пневмокониоз – заболевание лёгких, при котором в них развивается фиброзный процесс. В соединительной ткани появляются рубцы и утолщения, и в результате развивается прогрессирующая одышка, начинающаяся с болей в груди и сухого кашля. Потом могут появиться признаки лёгочной недостаточности, изменения дыхательных путей и другие осложнения: пневмонии, бронхиты, туберкулёз и т.д.
Корректировать избыток бария в организме довольно сложно, и не всегда можно рассчитывать на благополучный исход. Для нейтрализации действия солей бария применяются растворимые сернокислые соли магния и кальция – они вызывают образование сульфатов бария, которые потом надо вывести из организма.
Если отравление тяжёлое, то можно не успеть оказать помощь – смерть может наступить в течение суток или даже быстрее. Приём внутрь 0,2-0,5 г солей бария вызывает тяжёлое отравление, а смертельной дозой, как уже отмечалось, может стать 0,8 г.
При таком отравлении надо немедленно промывать желудок с 1%-ным раствором сульфата магния или натрия, и сделать с ними же клизму – раствор 10%-ный. Нерастворимые соли бария удаляют рвотными средствами – в общем, всё это, как и дальнейшее лечение, проводится уже в стационаре.
Непонятно, кому придёт в голову принимать барий внутрь, но в медицине описано много случаев, когда соединения бария принимали по ошибке – значит, о последствиях знать всё-таки следует. Что касается работы на вредных производствах, повышенного содержания бария в воде и почве, то здесь может помочь спектральный анализ волос – именно по состоянию волос можно увидеть, какие изменения происходят в организме в течение многих лет – в то время, как человек о них даже не догадывается, и все эти годы лечится неправильно, усугубляя проблему ещё больше.
Стоит такое обследование недёшево, но и не слишком дорого; таким же методом можно провести и исследование питьевой воды той местности, в которой вы живете.
Гатаулина Галина
для женского журнала сайт
При использовании и перепечатке материала активная ссылка на женский онлайн журнал обязательна
Владельцы патента RU 2524230:
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам уменьшения концентрации бария в воде.
Уровень техники
Барий часто попадает в сточные воды в ходе промышленного производства. Наличие бария в промышленных сточных водах, как правило, делает их токсичными, поэтому его нужно удалять из сточных вод, чтобы обеспечить должное водоотведение. Если барий не удалить из сточных вод перед их отведением, барий может просачиваться в грунтовые воды и почву. Грунтовые воды на Среднем Западе США содержат растворимый барий. Воздействие бария может вызвать, помимо прочего, желудочно-кишечные расстройства, мышечную слабость и повышение кровяного давления.
Хорошо известно, что во время обработки воды из-за присутствия бария на мембране образуются отложения. Чтобы защитить мембрану от образования отложений, необходима предварительная, перед подачей воды в мембранное устройство, обработка с целью удаления бария. Разработано несколько способов уменьшения концентрации бария в грунтовых и сточных водах.
Одним из способов уменьшения концентрации бария является химическое осаждение карбоната бария посредством известкования воды. Однако процесс осаждения и удаления бария путем известкования сильно зависит от рН. Чтобы осаждение было эффективным, вода должна иметь рН от 10,0 до 10,5. Другим способом уменьшения концентрации бария является химическое осаждение сульфата бария при помощи коагулянтов, таких как сульфат алюминия или железа. Однако из-за того, что реакция осаждения сульфата бария идет медленно, для удаления бария при помощи обычной коагуляции нужна двухстадийная осадительная установка.
Другой способ уменьшения концентрации бария в воде предусматривает использование ионообменных устройств. Однако ионообменные устройства нуждаются в частой регенерации смолы при помощи дополнительных химикатов. Такая обработка, манипулирование и отведение регенерирующих химикатов представляет собой основной недостаток данного способа. Для уменьшения концентрации бария в воде также используют установки обратного осмоса (reverse osmosis - RO). Однако, в установках RO часто происходит образование отложений на мембране RO, если барий вступает в реакцию с другими загрязняющими примесями, присутствующими в воде, с образованием сульфата бария или карбоната бария. Из-за этого уменьшается эффективность установки RO, и может быть повреждена мембрана. Наконец, для удаления бария из воды применяют способ, включающий адсорбцию бария на гидроксиде магния. Однако этот процесс также сильно зависит от рН. Чтобы адсорбция и удаление бария было эффективным, вода должна иметь рН, приблизительно, 11.
Все упомянутые выше способы включают несколько технологических стадий, являются сложными или дорогостоящими. Следовательно, существует потребность в простом и рентабельном способе удаления бария из воды.
Сущность изобретения
Раскрывается способ удаления бария из воды. Этот способ включает образование водного оксида марганца и смешивание водного оксида марганца с содержащей барий водой, при этом поверхность водного оксида марганца отрицательно заряжена при рН более 5,0. Отрицательно заряженный водный оксид марганца вступает в контакт с содержащей барий водой, и барий адсорбируется на водном оксиде марганца. Затем, водный оксид марганца с адсорбированным барием отделяют от воды и получают обработанный отходящий поток.
В одном из вариантов осуществления изобретения водный оксид марганца с адсорбированным барием отделяют от воды посредством обычных способов флоккуляции и разделения. В еще одном варианте осуществления изобретения водный оксид марганца с адсорбированным барием отделяют от воды посредством флоккуляции с балластной нагрузкой и разделения.
В еще одном варианте осуществления изобретения данный способ включает образование раствора водного оксида марганца и подачу этого раствора в реактор с неподвижным слоем инертной среды. Подаваемый в реактор с неподвижным слоем раствор водного оксида марганца образует покрытие на поверхности инертной среды. Затем на инертную среду с покрытием направляют содержащую барий воду. По мере того как вода минует инертную среду с покрытием, барий из воды адсорбируется на водном оксиде марганца на поверхности инертной среды.
Кроме того, в ходе удаления растворимого бария путем адсорбции на водном оксиде марганца также происходит удаление из воды растворимого железа и марганца.
Другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут понятны и очевидны при рассмотрении нижеследующего описания и прилагаемых чертежей, которые лишь поясняют изобретение.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен линейный график адсорбционной способности НМО (водного оксида марганца) по отношению к концентрации катиона бария в воде.
На Фиг. 2 представлен линейный график, поясняющий влияние рН на адсорбционную способность НМО (водного оксида марганца) по отношению к катионам бария в воде.
На Фиг. 3 представлен линейный график, поясняющий скорость удаления бария из воды при помощи НМО.
На Фиг. 4 представлен линейный график адсорбционной способности растворов НМО различной концентрации по отношению к катионам бария в присутствии конкурирующих катионов.
На Фиг. 5 представлен линейный график адсорбционной способности НМО по отношению к катионам бария в воде в отсутствии конкурирующих катионов.
На Фиг. 6 представлен линейный график адсорбционной способности НМО по отношению к катионам бария в высокой концентрации в присутствии конкурирующих катионов.
На Фиг. 7 представлена схема установки и способа удаления бария из воды с использованием флоккуляционной установки со смешанным слоем.
На Фиг. 8 представлена схема установки и способа удаления бария из воды с использованием флоккуляционной установки со смешанным слоем и балластной нагрузкой.
На Фиг. 9 представлена схема установки и способа удаления бария из воды с использованием установки с неподвижным слоем.
Описание примерных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к адсорбционному процессу удаления из воды растворенного бария. Для уменьшения концентрации бария в воде загрязненную воду смешивают с раствором водного оксида марганца (hydrous manganese oxide - HMO). НМО является аморфным по своей природе и обладает в высокой степени реакционноспособной поверхностью. При смешивании содержащей барий воды с раствором НМО, растворенный барий адсорбируется на реакционноспособной поверхности НМО. Затем, НМО и адсорбированный барий отделяют от воды и получают обработанный отходящий поток с уменьшенной концентрацией бария.
Изоэлектрическая точка НМО, то есть, точка нулевого заряда (pH pzc), лежит между 4,8 и 5,0. Точка нулевого заряда соответствует такому рН раствора, при котором суммарный заряд поверхности НМО равен нулю. Таким образом, когда НМО погружают в раствор с рН от, приблизительно, 4,8 до, приблизительно, 5,0, поверхность НМО характеризуется нулевым суммарным зарядом. Однако, если рН раствора меньше, чем, приблизительно, 4,8, в кислой воде присутствует больше протонов, чем число гидроксильных групп, поэтому поверхность НМО приобретает положительный заряд. Аналогично, когда рН раствора больше, чем, примерно, 5,0, поверхность НМО приобретает отрицательный заряд и притягивает положительно заряженные катионы.
Типичный рН необработанных грунтовых и промышленных сточных вод соответствует диапазону от, приблизительно, 6,5 до приблизительно 8,5. Следовательно, когда необработанная содержащая барий вода ступает в контакт с НМО в растворе, поверхность НМО становится заряженной отрицательно и притягивает положительно заряженные ионы бария, Ва 2+ . Описываемый в настоящем документе способ, типично, позволяет уменьшить концентрацию бария в воде или сточных водах до, приблизительно, 50 частей на миллиард, а при некоторых обстоятельствах может привести к уменьшению концентрации бария до, приблизительно, 20 частей на миллиард или менее.
В ходе испытаний был приготовлен раствор НМО с рН, равным 4,0, его медленно перемешивали в течение ночи. Затем, различные дозы раствора НМО смешали с водой, концентрация бария в которой составляла 1,00 мг/л. Никаких других катионов в воде не присутствовало. Каждую дозу НМО смешивали с водой в течение 4 часов. рН каждой реакционной смеси составлял от 7,5 до 8,0. Линейный график, приведенный на Фиг. 1, отражает адсорбционную способность НМО по отношению к катионам бария в воде. Как показано на графике, предпочтительная концентрация раствора НМО составляет от, приблизительно, 5 до 10 мг/л при исходной концентрации бария в необработанной воде, приблизительно 1 мг/л.
Также были опробованы различные условия по рН с целью определения влияния рН на адсорбционную способность НМО. Был приготовлен раствор НМО с рН, равным 4,0, его медленно перемешивали в течение ночи. Затем, раствор НМО с концентрацией 10 мг/л добавили в воду с концентрацией бария 1,0 мг/л. Никаких других катионов в воде не присутствовало. Раствор НМО смешивали с водой в течение 4 часов при различных условиях по рН. Линейный график, представленный на Фиг. 2, отражает оптимальные условия по рН с точки зрения адсорбционной способности НМО по отношению к катионам бария в воде. Как показано на Фиг. 2, предпочтительным является значение рН около или более 5,5.
Также была исследована оптимальная кинетика реакции адсорбции бария на НМО. Раствор НМО смешали с водой, содержащей около 1 мг/л бария. Как видно на линейном графике, приведенном на Фиг. 3, интенсивность поглощения бария НМО очень высока. Адсорбционная способность НМО по отношению к барию в присутствии других, конкурирующих катионов показана на Фиг.4.
Описанные выше испытания проводили с водой, содержащей только катионы бария. Следовательно, дополнительное испытание осуществили с целью определения влияния присутствия катионов железа, Fe 2+ , на адсорбционную способность НМО по отношению к катионам бария. Fe 2+ аэрировали в растворе при рН, равном, 7,5, в течение 30 минут. Раствор 1,00 мг/л Ва 2+ и раствор 10 мг/л НМО добавили в раствор Fe 2+ . Смесь перемешивали 10 минут, затем отфильтровали при помощи фильтра 0,45 мкм. Концентрация бария в обработанной воде уменьшилась до 15 мкг/л.
Кроме того, были осуществлены испытания с целью определения влияния сопряженного окисления железа на адсорбционную способность НМО по отношению к ионам бария. Fe 2+ и Ва 2+ смешали друг с другом в растворе. Концентрация Ва 2+ составляла 1,00 м/л. Затем добавили раствор НМО с концентрацией 10 мг/л. Смесь аэрировали 30 минут при рН, равном 7,5. Затем смесь отфильтровали на фильтре 0,45 мкм. Концентрация бария в обработанной воде уменьшилась до 90 мкг/л.
Способ адсорбции бария также испытали в присутствии различных конкурирующих катионов. В этом примере различные дозы НМО смешивали с водой, содержащей несколько разных катионов, в течение 10 минут при рН, равном 7,5. Загрязняющие примеси, присутствовавшие в необработанной воде, перечислены в таблице 1, приводимой ниже.
Линейный график, показанный на Фиг.4, иллюстрирует адсорбционную способность раствора НМО с различной концентрацией по отношению к катионам бария в присутствии конкурирующих катионов.
В описанных выше примерах, когда концентрация раствора НМО составляла 40 мг/л, концентрация катионов в обработанной воде уменьшалась даже еще больше, как показано в таблице 2.
Способ адсорбирования бария на НМО также испытали на воде, содержащей барий в высокой концентрации и не содержащей конкурирующих катионов. НМО смешивали с водой, концентрация бария в которой составляла 15 мг/л. Смесь перемешивали 10 минут при рН от 7,5 до 8,0. Использовали различные концентрации НМО. Линейный график, показанный на Фиг.5, отражает адсорбционную способность НМО по отношению к катионам бария в отсутствие конкурирующих катионов. Как показано на графике, одной из предпочтительных концентраций раствора НМО является, приблизительно, 100 мг/л для концентрации бария в необработанной воде, приблизительно, 15 мг/л.
Способ адсорбирования бария также испытали на воде, содержащей барий в высокой концентрации, в присутствии конкурирующих катионов. НМО смешивали с водой, концентрация бария в которой составляла 15 мг/л. Смесь перемешивали 10 минут при рН от 7,5 до 8,0. Использовали различные концентрации НМО. Загрязняющие примеси, присутствующие в потоке сточных вод, перечислены в таблице 3, приводимой ниже.
Линейный график, показанный на Фиг.6, иллюстрирует адсорбционную способность НМО по отношению к катионам бария в высокой концентрации в присутствии конкурирующих катионов.
Способ адсорбирования бария также испытали на воде, содержащей барий в высокой концентрации, в присутствии конкурирующих катионов, используя раствор НМО с концентрацией 90 мг/л. НМО смешивали с водой, концентрация бария в которой составляла 15 мг/л. Смесь перемешивали 10 минут при рН от 7,5 до 8,0. Загрязняющие примеси, присутствующие в потоке сточных вод, и их концентрации в отходящем потоке приведены в таблице 4.
Способ удаления бария и установка 1, позволяющая эффективным образом уменьшить концентрацию бария в воде, поясняются на Фиг.7. Раствор НМО образуется в реакторе НМО 10. В таблице 5 описано несколько способов получения НМО.
В варианте осуществления изобретения, поясняемом Фиг.7, НМО получают путем смешивания раствора перманганата калия (KMnO 4) и раствора сульфата марганца (MnSO 4) в трубе 12 с нисходящим потоком. В одном из примеров, 42,08 г KMnO 4 подают в реактор 10 по линии 14, 61,52 г MnSO 4 подают в реактор 10 по линии 16. Эти реагенты перемешивают в реакторе 10 с целью получения раствора НМО. В ходе этой реакции оптимальное для образование НМО рН составляет от, приблизительно, 4,0 до, приблизительно, 4,5. После образования НМО в реактор 10 по линии 18 подают NaOH с целью доведения рН раствора НМО до, приблизительно, 8,0.
После того как исходный раствор НМО приготовлен, некоторое количество раствора НМО подают из реактора 10 получения НМО в реактор 20 удаления бария по линии 28. Дозу раствора НМО, поступающего в реактор 20 удаления бария, можно регулировать при помощи насоса 24. Содержащую барий воду подают в реактор 20 удаления бария по линии 26 и смешивают с раствором НМО.
В этом варианте осуществления изобретения в реакторе 20 удаления бария имеется труба 22 с нисходящим потоком, предназначенная для перемешивания раствора НМО и содержащей барий воды. По мере перемешивания раствора НМО с содержащей барий водой, отрицательно заряженная поверхность НМО притягивает положительно заряженные ионы бария, которые адсорбируются на поверхности НМО. Хотя время реакции может быть различным, предпочтительное время реакции в реакторе 20 удаления бария составляет, приблизительно, 10 минут.
Для интенсификации отстаивания и разделения смесь воды и НМО с адсорбированным барием направляют во флоккуляционный резервуар 30, где ее смешивают с флоккулянтом, чтобы вызвать образование хлопьев. Флоккулянт добавляют по линии 34. В этом варианте осуществления изобретения во флоккуляционном резервуаре 30 также имеется труба 32 с нисходящим потоком, предназначенная для перемешивания НМО с адсорбированным барием с флоккулянтом. Одним из примеров флоккулянта является полимерный флоккулянт.
В некоторых вариантах осуществления изобретения флоккуляция может не требоваться. Однако в некоторых случаях смешивание НМО с адсорбированным барием с флоккулянтом имеет преимущества, так как флоккулянт вызывает скопление НМО с адсорбированным барием вокруг флоккулянта и образование хлопьев. Благодаря этому интенсифицируется отстаивание и разделение НМО с адсорбированным барием и воды.
Обработанная вода, содержащая хлопья, вытекает из флоккуляционного резервуара 30 и поступает в сепаратор жидкой и твердой фаз, такой как отстойник 36. По мере отстаивания хлопьев, обработанный отходящий поток в верхней части проходит серию сборных желобов или тонких пластин 38, после чего этот обработанный отходящий поток направляют по линии 44 на дополнительную обработку в отношении других загрязняющих примесей, если нужно. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения обработанный отходящий поток направляют по линии 44 в установку RO 40 для дополнительного осветления. Фильтрат из установки RO 40 отводят по линии фильтрата 46, поток отходов отводят по линии 48. Хотя на Фиг.7 показан отстойник 36, в котором имеются сборные желоба или тонкие пластины 38, специалистам в данной области следует понимать, что в некоторых отстойниках такие элементы могут не требоваться.
По мере отстаивания хлопьев они оседают на дно отстойника 36, где образуется шлам. Шлам при помощи насоса 42 направляют в линию 50, откуда, по меньшей мере, часть шлама, содержащего НМО, может быть подана в реактор 20 удаления бария по линии 54 и повторно использована в установке. Рециркулированный НМО участвует в дополнительной адсорбции бария из потока сточных вод вследствие задействования неиспользованных центров адсорбции реакционноспособного НМО. Оставшийся шлам может быть выпущен непосредственно по линии 52 или сначала, перед захоронением в качестве отходов, подвергнут сгущению и обезвоживанию.
В некоторых вариантах осуществления изобретения вместо обычного устройства для осветления могут быть использованы установки флоккуляции с балластной нагрузкой. В установке флоккуляции с балластной нагрузкой для образования хлопьев используется микропесок или другой балласт. Дополнительные подробности для понимания процессов флоккуляции с балластной нагрузкой можно почерпнуть из патентов США №№ 4927543 и 5730864, описание которых определенно включается в настоящий документ путем ссылки.
Фиг.8 поясняется установка 100 и способ удаления бария из воды с использованием установки флоккуляции с балластной нагрузкой. В этом варианте осуществления изобретения НМО получают в реакторе 110, в котором имеется труба 112 с нисходящим потоком. В этом варианте осуществления изобретения KMnO 4 добавляют в реактор 110 получения НМО по линии 114, MnSO 4 добавляют в реактор 110 по линии 116. Кроме того, NaOH добавляют в раствор НМО в реакторе 110 по линии 118 с целью регулирования рН НМО.
После того как исходный раствор НМО приготовлен, некоторое количество раствора НМО подают из реактора 110 получения НМО в реактор 120 удаления бария по линии 128. Дозы раствора НМО, поступающего в реактор 20 удаления бария, можно регулировать при помощи насоса 124. Содержащую барий воду подают в реактор 120 удаления бария по линии 126 и смешивают с раствором НМО. В этом варианте осуществления изобретения в реакторе 120 удаления бария имеется труба 122 с нисходящим потоком, предназначенная для перемешивания раствора НМО и содержащей барий воды. По мере перемешивания раствора НМО с содержащей барий водой, отрицательно заряженная поверхность НМО притягивает положительно заряженные ионы бария, которые адсорбируются на поверхности НМО. Хотя время реакции может быть различным, предпочтительное время реакции в реакторе 120 удаления бария составляет, приблизительно, 10 минут.
После этого смесь воды и НМО с адсорбированным барием направляют в резервуар 130 флоккуляции с балластной нагрузкой, где ее смешивают с балластом, таким как микропесок, и с флоккулянтом в трубе 132. Флоккулянт добавляют по линии 134, балласт подают по линии 158. НМО с адсорбированным барием собирается и накапливается вокруг балласта, образуя хлопья.
Обработанная вода, содержащая хлопья, вытекает из флоккуляционного резервуара 130 и поступает в сепаратор жидкой и твердой фаз, такой как отстойник 136. По мере отстаивания хлопьев, обработанный отходящий поток в верхней части проходит серию сборных желобов или тонких пластин 138, после чего этот обработанный отходящий поток направляют на дополнительную обработку в отношении других загрязняющих примесей, если нужно. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения обработанный отходящий поток направляют в установку RO 140 для дополнительного осветления. Фильтрат из установки RO 140 отводят по линии фильтрата 146, поток отходов отводят по линии 148. Хотя на Фиг. 8 показан отстойник 136, в котором имеются сборные желоба или ловушки 138, специалистам в данной области следует понимать, что в некоторых отстойниках такие элементы могут не требоваться.
По мере отстаивания хлопьев они оседают на дно отстойника 136, где образуется шлам. Шлам отводят при помощи насоса 142, по меньшей мере, часть шлама может быть направлена в сепаратор 156, такой как гидроциклон. Во время разделения в гидроциклоне шлам с меньшей плотностью, содержащий НМО с адсорбированным барием, отделяется от шлама с большей плотностью, содержащего балласт. По меньшей мере, часть балласта может быть направлена во флоккуляционный резервуар 130 и повторно использована в данном процессе. Рециркулированный балласт стимулирует дополнительную флоккуляцию НМО с адсорбированным барием. Шлам с меньшей плотностью, содержащий НМО с адсорбированным барием, отбирают в верхней части гидроциклона, часть шлама с меньшей плотностью может быть направлена в реактор 120 удаления бария по линии 154 и повторно использована в данном процессе. Рециркулированный НМО участвует в дополнительной адсорбции бария из потока сточных вод. Часть шлама с большей плотностью, содержащего балласт, может быть отобрана из гидроциклона 156 и направлена во флоккуляционный резервуар 130 по линии 158. Оставшийся шлам может быть выпущен непосредственно по линии 152 или сначала, перед захоронением в качестве отходов, подвергнут сгущению и обезвоживанию.
Еще один вариант осуществления изобретения поясняется Фиг.9. В этом варианте осуществления изобретения барий удаляют из потока отходов в установке 200 с неподвижным слоем. В этом варианте осуществления изобретения KMnO 4 добавляют в реактор 210 получения НМО по линии 214, MnSO 4 добавляют в реактор 210 по линии 216. Кроме того, NaOH добавляют в раствор НМО в реакторе 210 по линии 218 с целью регулирования рН НМО. Раствор НМО готовят в реакторе 210 при помощи трубы 212 с нисходящим потоком. Раствор НМО подают в насадочную колонну 220 с неподвижным слоем, заполненную инертной средой, такой как песок или углерод. Раствор НМО образует покрытие на поверхности инертной среды до того, как в колонну подают содержащую барий воду. Раствор НМО может быть подан в колонну 220 по линии 224. Избыток НМО отводят из колонны 220 по линии 230. Содержащая барий вода может быть подана в колонну 220 по линии 222 с заданной величиной гидравлической нагрузки либо в режиме нисходящего потока, либо в режиме восходящего потока.
По мере того как содержащая барий вода вступает в контакт с НМО покрытия инертной среды, отрицательно заряженная поверхность НМО притягивает положительно заряженные ионы бария, содержащиеся в воде, которые адсорбируются на поверхности НМО. В зависимости от конфигурации колонны, с нисходящим либо восходящим потоком, обработанный отходящий поток с уменьшенной концентрацией бария отбирают в нижней или верхней части колонны, соответственно. Обработанный отходящий поток отводят из колонны 220 по линии 232, если нужно, он может быть направлен на дополнительную обработку в отношении других загрязняющих примесей. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения обработанный отходящий поток направляют по линии 232 в установку RO 234 для дополнительного осветления. Фильтрат из установки отводят по линии фильтрата 236, поток отходов отводят по линии 238. НМО с адсорбированным барием может быть удален из колонны путем обратной промывки. Жидкость для обратной промывки подают в колонну 220 по линии 226. Шлам, полученный после обратной промывки, может отводиться по линии 228, его собирают в резервуаре-хранилище для шлама для захоронения.
Установка с неподвижным слоем, такая как установка, описанная выше, имеет преимущества, так как может быть использована как дополнительный технологический участок предприятия без изменения существующей установки очистки сточных вод.
В контексте настоящего документа термин «вода» относится к любому водному потоку, содержащему барий, в том числе, к потоку воды, сточных вод, грунтовых вод и промышленных сточных вод. В контексте настоящего документа термин «НМО» относится ко всем типам водных оксидов марганца, в том числе, водному оксиду марганца (III) и водному оксиду марганца (II). Однако водный оксид марганца (IV) обладает более высокой адсорбционной способностью, чем другие водные оксиды марганца, поэтому водный оксид марганца (IV) является предпочтительным для адсорбирования бария.
Конечно, настоящее изобретение может быть реализовано иными путями, чем те, которые конкретно описаны в настоящем документе, без отступления от существенных особенностей настоящего изобретения. Представленные варианты осуществления изобретения следует рассматривать во всех отношениях как носящие пояснительный, а не ограничительный характер, все изменения, не выходящие за рамки смысла и серии эквивалентов данной формулы, входят в объем настоящего изобретения.
1. Способ удаления бария из воды, включающий:
образование водного оксида марганца;
смешивание водного оксида марганца с содержащей барий водой с тем, чтобы водный оксид марганца был отрицательно заряженным при pH более 4,8;
адсорбирование бария из воды на отрицательно заряженном водном оксиде марганца;
смешивание флоккулянта с водой и водным оксидом марганца с адсорбированным барием;
образование шлама, где шлам содержит хлопья с водным оксидом марганца с адсорбированным барием; и
отделение хлопьев с водным оксидом марганца с адсорбированным барием от воды и получение обработанного отходящего потока.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий получение водного оксида марганца одним из следующих способов:
окисление иона двухвалентного марганца перманганат-ионом, окисление иона двухвалентного марганца хлором или окисление иона двухвалентного железа перманганат-ионом.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий:
получение водного оксида марганца путем смешивания сульфата марганца (II) с перманганатом калия;
подачу водного оксида марганца в реактор;
смешивание водного оксида марганца с содержащей барий водой.
4. Способ по п.3, дополнительно включающий:
направление сульфата марганца (II) и перманганата калия в трубу с нисходящим потоком, причем в трубе с нисходящим потоком имеется мешалка;
введение нисходящего потока сульфата марганца (II) и перманганата калия через трубу с нисходящим потоком; и
перемешивание сульфата марганца (II) и перманганата калия при помощи мешалки, расположенной в трубе с нисходящим потоком.
5. Способ по п.1, дополнительно включающий:
рециркуляцию, по меньшей мере, части шлама; и
смешивание части рециркулируемого шлама с водным оксидом марганца и содержащей барий водой.
6. Способ по п.1, включающий подачу обработанного отходящего потока в установку обратного осмоса и получение потока фильтрата и возвратного потока.
7. Способ по п.1, включающий отделение водного оксида марганца с адсорбированным барием от воды посредством флоккуляции с балластной нагрузкой.
8. Способ по п.7, в котором флоккуляция с балластной нагрузкой включает:
смешивание флоккулянта, балласта и водного оксида марганца с адсорбированным барием с получением хлопьев с балластной нагрузкой;
отстаивание хлопьев с балластной нагрузкой с получением шлама;
подачу шлама в сепаратор и отделение балласта от шлама; и
рециркуляцию балласта в установку флоккуляции с балластной нагрузкой.
9. Способ по п.8, в котором получение шлама включает:
получение шлама с меньшей плотностью и шлама с большей плотностью, где шлам с меньшей плотностью содержит водный оксид марганца с адсорбированным барием, а шлам с большей плотностью содержит балласт; и
отделение, по меньшей мере, части шлама с меньшей плотностью от шлама с большей плотностью.
10. Способ по п.9, дополнительно включающий:
рециркуляцию, по меньшей мере, части шлама с меньшей плотностью, содержащего водный оксид марганца с адсорбированным барием; и
смешивание, по меньшей мере, части рециркулированного шлама с меньшей плотностью с водным оксидом марганца и содержащей барий водой.
11. Способ по п.1, дополнительно включающий:
формирование на инертном материале в установке с неподвижным слоем покрытия из водного оксида марганца;
подачу содержащей барий воды в установку с неподвижным слоем;
адсорбирование бария из воды водным оксидом марганца, покрывающим инертный материал; и
получение обработанного отходящего потока.
12. Способ по п.1, дополнительно включающий обработку содержащей барий воды водным оксидом марганца так, что обработанный отходящий поток имеет концентрацию бария, приблизительно, 50 частей на миллиард или менее.
13. Способ по п.12, дополнительно включающий обработку содержащей барий воды водным оксидом марганца так, что обработанный отходящий поток имеет концентрацию бария, приблизительно, 20 частей на миллиард или менее.
14. Способ по п.1, в котором содержащая барий вода характеризуется pH от 5,0 до 10,0.
15. Способ по п.1, в котором концентрация водного оксида марганца составляет, приблизительно, от 5 до 10 мг/л на каждый 1 мг/л бария в необработанной воде.
16. Способ удаления бария из воды, включающий:
получение раствора водного оксида марганца в первом резервуаре;
смешивание содержащей барий воды с раствором водного оксида марганца в реакторе удаления бария с образованием в реакторе удаления бария смеси раствор водного оксида марганца/вода, где pH смеси раствор водного оксида марганца/вода составляет приблизительно 4,8 или более и обусловливает образование отрицательного заряда на поверхности водного оксида марганца;
адсорбирование бария из воды на отрицательно заряженной поверхности водного оксида марганца в смеси раствор водного оксида марганца/вода;
смешивание флоккулянта со смесью раствор водного оксида марганца/вода, содержащей адсорбированный барий;
образование хлопьев в смеси раствор водного оксида марганца/вода, где хлопья содержат водный оксид марганца с адсорбированным барием и хлопья образуют шлам;
после смешивания флоккулянта со смесью раствор водного оксида марганца/вода, подачу смеси раствор водного оксида марганца/вода, содержащей хлопья, в отстойник;
отстаивание шлама в отстойнике и получение обработанного отходящего потока; и
отведение шлама из отстойника.
17. Способ по п.16, включающий:
отделение от шлама, по меньшей мере, части водного оксида марганца с адсорбированным барием; и
рециркуляцию отделенного водного оксида марганца с адсорбированным барием путем смешивания раствора водного оксида марганца и содержащей барий воды с отделенным водным оксидом марганца с адсорбированным барием.
18. Способ по п.16, дополнительно включающий образование раствора водного оксида марганца, характеризующегося pH, приблизительно, 4,0.
19. Способ по п.18, дополнительно включающий смешивание водного оксида марганца с содержащей барий водой так, что pH смеси составляет, приблизительно, 5,5 или более.
20. Способ по п.16, дополнительно включающий удаление железа и марганца из воды путем адсорбирования железа и марганца из воды на отрицательно заряженной поверхности водного оксида марганца.
21. Способ удаления бария из воды, включающий:
образование раствора водного оксида марганца в первом резервуаре;
подачу раствора водного оксида марганца в реактор удаления бария;
смешивание содержащей барий воды с раствором водного оксида марганца в реакторе удаления бария с образованием смеси раствор водного оксида марганца/вода, где pH смеси раствор водного оксида марганца/вода составляет приблизительно 4,8 или более и приводит к росту отрицательного заряда на поверхности водного оксида марганца;
адсорбирование бария из воды на отрицательно заряженной поверхности водного оксида марганца;
подачу смеси раствор водного оксида марганца/вода во флоккуляционный резервуар;
смешивание флоккулянта и балласта со смесью раствор водного оксида марганца/вода;
образование хлопьев, где хлопья содержат балласт и оксид марганца с адсорбированным барием;
после смешивания флоккулянта и балласта со смесью раствор водного оксида марганца/вода, подачу смеси раствор водного оксида марганца/вода в отстойник;
отстаивание хлопьев в отстойнике с образованием шлама и обработанного отходящего потока;
подачу шлама из отстойника в сепаратор и отделение от шлама, по меньшей мере, части балласта; и
рециркуляцию отделенного балласта и смешивание отделенного балласта со смесью раствор водного оксида марганца/вода.
22. Способ по п.21, включающий:
отделение от шлама, по меньшей мере, части оксида марганца с адсорбированным барием;
рециркуляцию отделенного оксида марганца с адсорбированным барием; и
смешивание отделенного оксида марганца с адсорбированным барием и смеси раствор водного оксида марганца/вода.
23. Способ по п.22, включающий подачу обработанного отходящего потока в установку обратного осмоса и фильтрацию обработанного отходящего потока с образованием потока фильтрата и возвратного потока.
24. Способ по п.21, в котором реактор удаления бария включает трубу с нисходящим потоком с расположенной в ней мешалкой, причем способ включает:
подачу раствора водного оксида марганца и содержащей барий воды в верхнюю часть трубы с нисходящим потоком; и
ввод в эту трубу нисходящего потока раствора водного оксида марганца и содержащей барий воды;
перемешивание раствора водного оксида марганца и содержащей барий воды по мере перемещения раствора водного оксида марганца и содержащей барий воды вниз по трубе с нисходящим потоком.
25. Способ по п.22, в котором флоккуляционный резервуар включает трубу с нисходящим потоком с расположенной в ней мешалкой, причем способ включает использование мешалки в трубе с нисходящим потоком для перемешивания флоккулянта и балласта со смесью раствор водного оксида марганца/вода.
Похожие патенты:
Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Для очистки используют модифицированный природный цеолит.
Группа изобретений относится к охране окружающей среды, а именно очистке поверхности водоемов от загрязнений нефтепродуктами, разлившихся на море или в озерах. Доставляют поглощающий агент, в частности торфяной мох, к разливу нефти на море или озере самолетом, вертолетом или кораблем.
Изобретение относится к обработке воды, включающей сочетание способов из группы, содержащей коагуляцию, седиментацию, флоккуляцию и балластную флоккуляцию, которую дополнительно улучшают посредством добавления системы упрощенной рециркуляции осадка.
Изобретение относится к энергосберегающим системам оборотного водоснабжения. Система оборотного водоснабжения для мойки автомашин содержит технологическое оборудование, связанное системой трубопроводов с аппаратами очистки сточной воды, и включает в себя накопительную емкость 47, в которую самотеком поступают сточные воды, насос 48 для подачи воды из накопительной емкости 47 в реактор 49, компрессор 52 для перемешивания среды в реакторе 49, насос-дозатор 51 рабочего раствора коагулянта, флотатор 54, накопительную емкость 59 для сбора очищенной воды после флотатора 54, фильтры грубой 61 и тонкой 66 очистки, накопительную емкость 63 для сбора очищенной воды после фильтров грубой очистки, диафрагменный насос 55 и сборник шлама 56.
Изобретение относится к области микробиологии. Предложен штамм бактерий Exiguobacterium mexicanum ВКПМ B-11011, обладающий способностью быстро утилизировать нефть, дизельное топливо, масло моторное, газовый конденсат.
Изобретение относится к области обработки неочищенной воды, содержащей загрязнения. Способ включает по меньшей мере одну стадию приведения воды во взаимодействие по меньшей мере с одним порошкообразным адсорбентом в зоне (2) предварительного взаимодействия с перемешиванием; стадию флокуляции с утяжеленными хлопьями; стадию осаждения; стадию извлечения смеси осадка, балласта и порошкообразного адсорбента из нижней части зоны (5) осаждения; стадию введения смеси в гидроциклон (11), а также стадию передачи верхнего продукта гидроциклона (11), содержащего смесь осадка и порошкообразного абсорбента, в переходную зону (14). // 2523466 Изобретение относится к способам очистки проточной воды от загрязнителей, содержащихся в воде в низкой концентрации, и может быть использовано для очистки рек и сточных вод от загрязнений антропогенного и природного происхождения, для очистки воды на водозаборах в системах коммунального водоснабжения и в бытовых системах водоочистки.
Изобретение относится к сорбентам для удаления метаболических отходов из диалитической жидкости. Сорбент включает первый слой, состоящий из смеси частиц иммобилизованного фермента, расщепляющего уремические токсины, и частиц катионообменника.
Изобретение относится к способу удаления загрязняющих веществ из газовых потоков путем контакта с регенерируемым сорбентом. Способ включает а) контактирование потока газа, включающего H2S, с хлорсодержащим соединением для образования смешанного газового потока; b) контактирование смешанного газового потока с сорбентом в зоне сорбции для получения первого продуктового газового потока и насыщенного серой сорбента, где сорбент включает цинк, диоксид кремния и металл-промотор; c) сушку насыщенного серой сорбента, чтобы посредством этого получить высушенный насыщенный серой сорбент; d) контактирование высушенного насыщенного серой сорбента с регенерационным газовым потоком в зоне регенерации для получения регенерированного сорбента, включающего цинксодержащее соединение, силикат и металл-промотор, и отходящего газового потока; е) возврат регенерированного сорбента в зону сорбции для получения обновленного сорбента, включающего цинк, диоксид кремния и металл-промотор; и f) контактирование обновленного сорбента с указанным смешанным газовым потоком в зоне сорбции для образования второго продуктового газового потока и насыщенного серой сорбента.
Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода. Способ заключается во взаимодействии основного карбоната циркония и оксида цинка. Основной карбонат циркония подают на взаимодействие с влажностью 20-24 моль/кг. Формуют гранулы с использованием в качестве связующего вещества акрилового лака в количестве 3-7% в расчете на сухие вещества. Изобретение позволяет увеличить динамическую активность поглотителя по диоксиду углерода и повысить прочность гранул поглотителя. 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к адсорбционной очистке сточных вод. Предложен способ уменьшения концентрации бария в воде. Формируют водный оксид марганца и смешивают с содержащей барий водой. При рН более 4,8 водный оксид марганца приобретает отрицательный заряд и барий адсорбируется на отрицательно заряженной поверхности. Оксид марганца с адсорбированным на его поверхности барием смешивают с флоккулянтом. После отделения образовавшегося шлама получают обработанный отходящий поток воды с уменьшенной концентрацией бария. Изобретение обеспечивает упрощение технологии очистки стоков от бария. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил., 5 табл.
Барий - химический элемент, относится ко второй группе ПСЭ Д.Менделеева, щелочноземельный металл. Соединения бария широко используются в нефтяной, электронной, бумажной промышленности. Представляет собой серебристо-белый металл плотностью 3,78 г/ куб. см. В природе барий в чистом виде не встречается, содержание элемента в земной коре не превышает 0,065%. Наиболее встречающимися соединениями являются сульфат бария и бария карбонат.
В воду барий попадает из природных источников, лишь малую долю можно отнести к деятельности человека. Большая концентрация металла обнаруживается в районах, где залегают следующие минералы: витерит, барит. Содержание бария в воде может составлять от 1 до 20 мг/л, тогда как допустимая концентрация вещества в питьевой воде согласно нормам Всемирной Организации Здравоохранения не должна превышать 0,7 мг/л, в России данный показатель находится на отметке 0,1 мг/л. По этой причине вопрос об очистке воды от бария рассматривается на высоком уровне. Проблемой водоочистки от бария занимаются специалисты НИИ и лабораторий Федерального агентства и Министерства Сельского Хозяйства.
Содержание бария в воде также зависит от свойств жидкости, а именно от наличия в ней сульфатов. Говоря научным языком, сульфат бария имеет низкий показатель растворимости, поэтому при большой концентрации вещества при нагревании воды до 18 градусов барий выпадает в осадок. Несмотря на достаточно легкий способ удаления бария из воды и присутствие его в природе, влияние металла на организм человека высоко. Употребление воды с большим содержанием данного вещества может привести к повышению кровяного давления, проявлению мышечной слабости, болям в брюшной полости. Поэтому так важна очистка воды от этого элемента.
Гидроксид бария оказывает негативное влияние на воздушно-дыхательные пути, прижигающее действие на роговицу глаз и кожу. Хлорид бария увеличивает проницаемость сосудов, что может привести к кровоизлиянию и оттекам, вызвать анемию, лимфоцитоз, лейкопению. Фторид бария может вызвать нервное раздражение, оказать влияние на мускулатуру. Всем выше перечисленным воздействиям подвержены люди, употребляющие воду с большой концентрацией металла, поэтому очистка воды от бария - один из важных этапов производства получения чистой питьевой воды.
В настоящее время существует несколько технологий очистки воды от бария: обратный осмос , ионный обмен, электродиализ. Выпускаемые современные фильтры используют технологию обратного осмоса, тогда как в промышленных масштабах очистку воды от бария проводят методом электродиализа и ионным обменом. Сегодня также существует нанотехнология, которая была разработана специалистами ВоГТУ (Вологодский Гуманитарно-технологический Университет), она позволяет произвести очистку воды от ионов бария методом очистки подземных вод от железа.
Технология такой водоподготовки чем-то напоминает метод нагревания воды до 18 градусов при высокой концентрации сульфатов в воде, образование осадка. Исследования, проведенные специалистами Университета, показывают, что процесс абсорбции, иными словами процесс поглощения сорбата объемом сорбента, может использоваться при очистке воды от бария .
Говоря о поступлении бария в организм, следует выделить, что большая часть его попадает с пищей. Наибольшую опасность несут морепродукты и морские обитатели, проживающие недалеко от мест скопления большого количества соединений бария. Со временем морские обитатели (рыба, кальмары, устрицы) накапливают в организме некоторое количество металла, однако содержание вещества может увеличиваться, это напрямую зависит от особенностей строения организма и места постоянно обитания. Некоторые морские растения могут увеличивать концентрацию бария в организме в 1000 раз. Употребление таких продуктов опасно для здоровья. Среди самых опасных продуктов, содержащие барий в пределах 2-20 мг/литр, являются помидоры и соевые бобы. Поэтому полив и продажа выше представленных продуктов должна осуществляться под бдительным контролем проверяющих органов (Санитарно эпидемиологическая служба, лаборатории сертификации и стандартизации).
Loading...