Феррат натрия с водой

Очистка воды/ Феррат натрия вместо хлора.

Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого ( СПбПУ) – вуза-участника Проекта 5-100, разработали уникальное устройство комплексной очистки воды, способное заменить процесс обеззараживания хлором.

Устройство представляет собой электролизный агрегат, работающий с помощью инновационного реагента феррата натрия. Как пояснила главный научный сотрудник лаборатории « Мехатроника» СПбПУ Ани Петкова, феррат натрия способен разлагать многие токсичные химические вещества до малотоксичных продуктов, а также вызывать гибель микроорганизмов, оказывая дезинфицирующее действие. Ученые Политеха утверждают, в отличие от хлора, оставляющего после себя остаточные хлорорганические соединения, новый реагент в процессе очистки воды не образует токсичных веществ.

Исследователи полагают, что применение этого устройства позволит значительно снизить стоимость процесса очистки воды. « Для обеззараживания 1 литра питьевой воды летом необходимо лишь 0,5 г феррата натрия вместо 4,5 г хлора, а в холодное время года потребуется 0,2 г феррата вместо 2 г хлора», ‒ подсчитала Ани Петкова, добавив, что необходимая доза реагента снижается приблизительно в 10 раз.

По ее словам, разработанное устройство может быть применимо как для подготовки питьевой воды, так и для обеззараживания промышленных и бытовых стоков. Особую актуальность он приобретает для использования в местах, где основным требованием к сточным водам является отсутствие хлора. « Хлором по нормативным актам нельзя обрабатывать воды, сливаемые в естественные водоемы, так как он обладает длительным последействием и образует токсичные соединения при взаимодействии с органикой в реках и водоемах. Такой проблемы нет с ферратом, так как он быстро реагирует и разлагается до нетоксичных продуктов, что позволяет сливать обработанные им воды в естественные водоемы», ‒ отметила Ани Петкова. Испытания ученых Политеха показали также, что феррат может нейтрализовать хлор в уже очищенной воде.

Более того, специалистами Политеха была апробирована очистка раствором феррата натрия ливневых вод и вод кислых карт с полигона токсичных промышленных отходов « Красный Бор» ( Тосненский район Ленинградской области). Результаты показали, что феррат натрия способен справляться с такими серьезными загрязнениями, как нефтепродукты и их производные, азот-, фосфор-, серосодержащие вещества, цианиды, аммиак, тяжелые металлы и другие загрязнители в промышленных стоках и водоемах.

Ученые считают, что устройство может оказаться полезным как для уже существующих в регионах системах водоотведения, очистных сооружений канализации ( ОСК), так и регионам, нуждающимся в локальной очистке питьевой воды и хозяйственно-бытовых сточных вод и развивающим систему водоотведения и контроля качества очистки сточных вод. « Представляется, что одной из заинтересованных в этом стран может быть Китай. Китайские специалисты активно занимаются исследованием обеззараживающих свойств феррата натрия», ‒ рассказала Ани Петкова. Это связано с периодическим неприятным запахом в прибрежных районах, где активно используют соленую морскую воду для бытовых нужд, после чего она попадает в стоки и вызывает выделение серосодержащих веществ. « Борьба с этими запахами также возможна с помощью применения феррата натрия», ‒ добавила ученый. Она также отметила, что реагент может оказаться полезным при чрезвычайных ситуациях. « В таких случаях бывает, что определенные группы населения временно остаются без источника питьевой воды, а воду из природных источников зачастую следует предварительно дезинфицировать. Для таких ситуаций может быть разработана мобильная установка, производящая феррат на месте пребывания группы нуждающегося в питьевой воде населения», ‒ добавила ученый.

Политех является участником Проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров ( Проекта 5-100). В рамках Проекта 5-100 в СПбПУ создаются, применяются и распространяются мультидисциплинарные политехнические знания, надотраслевые наукоемкие и передовые производственные технологии мирового уровня. Университетом активно развиваются концептуальные решения для организации бизнес-процессов всего цикла жизни продукта на современных производствах во всех отраслях промышленности, кардинально повышающие эффективность проектирования, подготовки производства и выпуска кастомизированной продукции. Перед Политехом поставлена задача продвижения на внешние и внутренние рынки ( проекты с национальными индустриальными лидерами, активное участие в Национальной технологической инициативе, дальнейшее освоение европейского и выход на азиатский рынки).

альтернатива, натрия, феррат, ученые, очистка, вода, хлор

15.02.2018, 3190 просмотров.

Национальное географическое общество США признало, что на Земле существует пятый океан – Южный

Источник

В Санкт-Петербурге разработан принципиально новый метод очистки воды

Он требует меньше активного вещества, чем хлорирование, и не оставляет ни вредных продуктов, ни запаха.

Фото: © РИА Новости / Кирилл Каллиников

Учёные из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого предложили очищать воду с помощью необычного соединения, которое до того было крайне сложно использовать в больших количествах. Благодаря его огромной реакционной способности его нужно немного и при этом оно не образует вредных для здоровья побочных продуктов — как это бывает при хлорировании воды. О новой технологии пишет EurekAlert!

В настоящий момент воду обеззараживают главным образом хлором. Метод этот имеет ограничения: хлор в воде нельзя в заметных количествах сливать в естественные водоёмы. Дело в том, что, реагируя с органикой, он порождает опасные хлорорганические соединения, способные нанести заметный ущерб окружающей среде.

Исследователи из СППУ предложили принципиально другой метод — компактную установку по получению феррата натрия (Na2FeO4). Для этого нужны сравнительно недорогие компоненты, и при этом он крайне энергично реагирует с самыми разными соединениями. Из-за быстроты таких реакций он, в отличие от хлора, не может накапливаться в окружающей среде. Во время испытания на полигоне отходов Красный Бор под Санкт-Петербургом феррат натрия показал способность быстро разлагать самый широкий спектр веществ-загрязнителей — от нефтепродуктов до соединений азота, фосфора, серы, цианидов и аммиака. Также он эффективно окислял тяжёлые металлы, делая их менее опасными.

Ранее феррат натрия, несмотря на все его преимущества и нетоксичность, не удавалось использовать в таких приложениях именно из-за его высокой активности. Хранить и перевозить его практически невозможно — он реагирует даже с углекислым газом из воздуха. Поэтому новая установка очистки, созданная в СППУ, получает его из исходных компонентов на месте, что снимает проблему хранения и перевозки.

Авторы разработки отмечают, что её можно применять не только для очистки сточных вод, но и для замены хлорирования питьевой воды. Феррат натрия практически мгновенно убивает бактерии. Чтобы дезинфицировать литр воды, летом его нужно всего 0,5 грамма на литр — в то время как хлора нужно 4,5 грамма. Зимой эти цифры падают до 0,2 грамма феррата и 2,0 грамма хлора. За счёт более высокой эффективности даже небольшая установка для производства феррата натрия может заменить крупную установку по хлорированию.

Источник

red-ox.ru

Технология получения и применения реагента для очистки и обеззараживания воды различного назначения в полевых и стационарных условиях

Технология получения и применения реагента для очистки и обеззараживания воды различного назначения в полевых и стационарных условиях

Предлагается технология синтеза и применения ферратов для кондиционирования воды различного назначения, использующая успехи в химии наноматериалов, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, «Зеленой химии». Решение основано на свойствах специального композиционного материала, генерирующего ферраты при контакте с водой. Его просто получают на месте применения из заранее подготовленной и легко транспортируемой смеси безопасных компонентов. Реализация технологии не требует крупного финансирования и привлечения высококвалифицированного персонала.

Для обеспечения возрастающих требований к количеству и качеству потребляемой населением и промышленностью воды открываются новые месторождения воды, разрабатываются технологии повторного использования сточных вод. Однако независимо от происхождения и назначения воды второй по значимости является проблема ее очистки. До сих пор не предложено простых и эффективных методов очистки воды. Одним из перспективных научно-технических решений считается применение высокоокисленных соединений железа — ферратов (VI), в качестве кондиционирующего воду реагента. Феррат-ион является сильным окислителем, который можно использовать для окисления примесей различной природы, обеззараживания и дезинфекции воды. В отличие от общепринятых технологий с использованием хлора, гипохлоритов, озона и т.п., ферраты обладают рядом преимуществ. Ферраты не образуют ядовитых хлорорганических веществ, сами не токсичны, не ухудшают органолептические свойства воды и не инициируют коррозию трубопроводов. Продуктом разложения ферратов в воде является гидроксид железа (III), образующий взвесь высокодисперсных частиц. Их высокоразвитая поверхность адсорбирует из воды ионы неорганических примесей (в том числе радионуклиды), органические молекулы, фрагменты микроорганизмов и вирусов. Это позволяет достичь еще более высокой степени очистки воды после коагуляции гидроксида железа и выделения его вместе с адсорбированными примесями в осадок. Видно, что применение ферратов позволяет объединить как минимум две стадии водоподготовки: обеззараживание и коагуляцию.

Несмотря на описанные преимущества основанные на использовании ферратов технологии очистки воды не нашли практического применения из-за технических, экономических и экологических проблем, связанных с синтезом, хранением и применением основных реагентов — ферратов. Так, применяемые технологии производства ферратов являются трудоемкими и дорогостоящими, требуют привлечения высококвалифицированных кадров. В настоящее время они опираются на две основные методики синтеза ферратов. Первая — это синтез ферратов в водных сильнощелочных средах посредством окисления соединений железа с помощью сильных окислителей (хлор, гипохлориты, бром, озон и т.п.) или посредством анодного окисления железа. Таким образом могут быть получены только сильнощелочные растворы феррат-ионов, устойчивость которых в самых благоприятных условиях (концентрация щелочи более 15 моль/л, температура ниже 0°С) ограничивается парой десятков суток. Выделение из этих растворов твердых ферратов является трудоемкой и дорогостоящей технологической операцией, в результате которой может быть получен реагент только сильно загрязненный щелочью, продуктами разложения и органическими растворителями. Другая методика синтеза ферратов заключается в сплавлении соединений железа со значительным избытком высокореакционных окислителей (пероксиды или/и нитраты щелочных металлов) при температурах от 400 до более, чем 1000°С. Гигроскопичность, пожароопасность, едкость и высокая стоимость используемых реагентов требует применения специального оборудования и привлечения для работ высококвалифицированного персонала. Получаемый при этом продукт неизбежно загрязнен гигроскопичными и взрывоопасными перекисными соединениями щелочных металлов или/и едкими щелочами. Таким образом, в промышленных и полупромышленных условиях практически невозможно получить реагент достаточной чистоты. А наличие этих неизбежных примесей в ферратах приводит к сильному защелачиванию очищаемой воды. Кроме того, сами ферраты щелочных металлов химически активны, при комнатной температуре термодинамически нестабильны, разлагаются на влажном воздухе. При их хранении и транспортировке требуется тщательная герметизация контейнеров и пониженная температура.

Принципиальным отличием предлагаемой технологии от описанных выше решений является то, что процесс генерации ферратов осуществляется непосредственно в очищаемой среде, а это позволяет достичь максимальной эффективности от этой перспективной методики. Сам «генератор ферратов» (ГФ) синтезируется (активируется) на месте применения, а все подготовительные работы проводятся заранее в стационарных условиях. Таким образом, формально «производство» нестабильных ферратов переносится с «завода» на место (а точнее в среду) их применения. При этом к потребителю не переносится весь «завод» (например, такое решение тоже существует на рынке — http://www.ferratetreatment.com), а доставляется полуфабрикат готовый к использованию в любое время.

Мы предлагаем новую технологию получения и применения ферратов для кондиционирования воды различного назначения. В ней применяются новые подходы к синтезу материалов, опирающиеся на достижения химии наноматериалов и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), принципы «Зеленой химии». В основе нашей технологии лежит применение специального композиционного материала, генерирующего феррат-ионы при контакте с водой. Сам материал может быть легко получен непосредственно на месте применения из предварительно подготовленной и легко транспортируемой смеси компонентов. Это позволяет применять ее не только в стационарных, но и в полевых условиях. Для реализации технологии не требуются крупные финансовые вложения. Обслуживание технологических операций возможно силами низкоквалифицированного персонала.

Технология предлагает решение проблемы реагентной очистки воды различного назначения (от дезинфекции сточных вод до обеззараживания питьевой воды). Несмотря на универсальность и масштабируемость предлагаемой технологии, мы ожидаем, что она будет наиболее востребована в случаях, требующих индивидуального или/и отложенного применения или оперативного обеззараживания локальных источников воды, где применение традиционных методов очистки воды невозможно. Такая необходимость возникает, например, в условиях туристических или геологоразведочных экспедиций (кондиционирование воды из природных источников), боевых действий (обеззараживание воды в зонах химического, радиационного и биологического заражения), на территориях распространения эпидемий, при дезинфекции очагов сброса сточных или биологически опасных вод. Предлагаемая технология позволяет реализовать ее в виде компактных легких и безопасных индивидуальных устройств с высоким сроком годности. Поэтому, прежде всего, данная технология может представлять интерес для служб устранения последствий чрезвычайных ситуаций, медицины катастроф, санитарных и военизированных ведомств. Помимо этого, в условиях стационарного применения данная технология может быть востребована организациями, связанными с обеспечением населения и промышленности водой, а также утилизацией и переработкой сточных вод.

Приблизительная схема применения технологии «генератора феррата» для очистки воды заключается в следующем. На «заводе» из дешевых экологически чистых и пожаробезопасных реагентов изготавливается картридж (исходная смесь компонентов) «генератора ферратов» в удобной форме (брикеты, таблетки, палочки и т.п.). Данный картридж не опасен, может храниться при обычных условиях, а при случайном контакте с водой разрушается с образованием экологически безвредных веществ. Его легко доставить не только на водоочистные станции, но и «в поле». При возникновении необходимости получения растворов ферратов для очистки воды нагревают только минимальную область картриджа (например, в полевых условиях это можно осуществить с помощью спичек), инициируя самораспространяющийся высокотемпературный синтез материала «генератора ферратов». Тепло, выделяющееся в результате взаимодействия компонентов картриджа, поддерживает дальнейшее самостоятельное протекание реакции в объеме картриджа в виде «твердого пламени». После окончания реакции и охлаждения материала «генератора ферратов» (выделяющееся тепло также можно использовать), он помещается непосредственно в воду, требующую очистки. При этом синтез собственно феррат-ионов инициируется очищаемой водой, омывающей «генератор ферратов». Как показывают наши эксперименты, в воду вымываются исключительно феррат-ионы, а защелачивания воды не происходит. Отработанный «генератор ферратов» легко удаляется из объема воды механически и может быть вторично переработан.

Таким образом, в предлагаемой технологии исключаются затраты на синтез, очистку, хранение и транспортировку нестабильного реагента — феррата. Феррат-ионы (без примесных соединений) генерируются непосредственно в очищаемой воде, максимально эффективно реализуя свои свойства. Технология легко масштабируется от индивидуального применения до промышленного.

Решение технологических проблем, связанных с обработкой воды ферратами, может заинтересовать как государственные структуры (Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС), Министерство обороны Российской Федерации (Минобороны), Министерство внутренних дел Российской Федерации (МВД), Министерство здравоохранения Российской Федерации (Минздрав), Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации (Минприроды), Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства (Минстрой)), так и частные компании, связанные с геологоразведочными работами, с водоподготовкой для электронной или пищевой промышленности, муниципальные предприятия.

Источник