RU2125599C1

RU2125599C1 - Method of treating liquid media

Info

Publication number: RU2125599C1
Application number: RU96109257A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Обожин; Н.М. Агеева; В.В. Устюжанинов; Ю.Б. Китаев; Т.И. Гугучкина
Original assignee: Научно-производственное объединение "Агротех"
Priority date: 1996-05-06
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: liquids' treatment methods. SUBSTANCE: clayey mineral is activated by derivatives of products of alkali hydrolysis of glycerides: activation is carried out in dry state simultaneously with glyceride and alkali reagent. Final product contains active chemical groups positively influencing coagulation and flocculation and is distinguished by high adsorption level. Method can be applied for water treatment, waste water treatment, and purification of petroleum derivatives. EFFECT: improved clarification quality, reduced concentration of heavy metal ions and suspended particles. 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к способам обработки жидких сред, таких как соки, вина, напитки, а также может использоваться для очистки природных вод в процессах подготовки воды питьевого качества и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов и взвешенных веществ. The invention relates to methods for processing liquid media, such as juices, wines, drinks, and can also be used to purify natural waters in the processes of preparing potable water and treat wastewater from heavy metal ions, oil products and suspended solids.

Известен способ применения глинистых минералов, активированных щелочными реагентами, для обработки соков, вин и напитков [1]. A known method of using clay minerals activated with alkaline reagents for the processing of juices, wines and drinks [1].

К недостаткам данного способа относятся большие гущевые осадки, активированный кальцинированной содой бентонит не сорбирует катионы тяжелых металлов и недостаточно эффективен относительно липидов. The disadvantages of this method include large thick precipitates, activated soda ash bentonite does not absorb heavy metal cations and is not effective enough with respect to lipids.

Известно применение глинистых минералов, активированных органическими и минеральными кислотами [2,3]. It is known the use of clay minerals activated by organic and mineral acids [2,3].

К недостаткам способа относятся сложность регулирования степени разрешения при активации минералов, вследствие чего их сорбционная способность относительно ионов тяжелых металлов и мутящих компонентов уменьшается. The disadvantages of the method include the difficulty of regulating the degree of resolution during activation of minerals, as a result of which their sorption ability with respect to heavy metal ions and turbid components is reduced.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки напитка по А.С. N 1684332 [4]. Closest to the claimed technical solution is a method of processing a beverage according to A.S. N, 1684332 [4].

К недостаткам способа относятся: а) способ эффективен лишь для удаления или снижения концентрации катионов меди; другие катионы металлов - железо, цинк, свинец, кадмий не сорбируются реагентом по способу-прототипу; б) использование сульфидов калия или натрия для активации глинопорошков приводит к появлению в водных средах сероводорода, придающего неприятный тон воде и напиткам; если в виноматериалах имеются ферментные системы, инактивирующие H₂S, то в воде или спирто-водных напитках таких ферментов нет и сероводородный тон проявляется сразу же после их обработки; в) слабая осветляющая способность при обработке природных и сточных вод.The disadvantages of the method include: a) the method is effective only to remove or reduce the concentration of copper cations; other metal cations - iron, zinc, lead, cadmium are not adsorbed by the reagent according to the prototype method; b) the use of potassium or sodium sulfides to activate clay powders leads to the appearance of hydrogen sulfide in aqueous media, which gives an unpleasant tone to water and drinks; if the wine materials contain enzyme systems that inactivate H ₂ S, then there are no such enzymes in water or alcohol-water drinks and the hydrogen sulfide tone appears immediately after processing; c) poor clarifying ability in the treatment of natural and waste water.

Задачи заявляемого способа:
- улучшение качества осветления и деметаллизации соков, вин и напитков;
- уменьшение концентрации ионов тяжелых металлов, взвешенных веществ и нефтепродуктов при очистке и кондиционировании природных и сточных вод.The objectives of the proposed method:
- improving the quality of clarification and demetallization of juices, wines and drinks;
- a decrease in the concentration of heavy metal ions, suspended solids and oil products during the treatment and conditioning of natural and waste waters.

Поставленные задачи достигаются тем, что в заявляемом техническом решении глинистый минерал активируют (модифицируют) производными щелочного гидролиза глицеридов в количестве 0,5 - 12,0% от массы глинистого минерала, а для проведения гидролиза применяют щелочной реагент в количестве 0,5 - 5,0% от массы глинистого минерала. The objectives are achieved in that in the claimed technical solution, the clay mineral is activated (modified) by derivatives of alkaline hydrolysis of glycerides in an amount of 0.5 - 12.0% by weight of clay mineral, and an alkaline reagent in an amount of 0.5 - 5 is used for hydrolysis 0% by weight of clay mineral.

В качестве глинистого минерала используют глинопорошки палыгорскита или гидрослюды, или бентонина, или каолинита, или их смеси. As a clay mineral, clay palygorskite or hydromica, or bentonin, or kaolinite, or a mixture thereof is used.

Отличительными особенностями заявляемого способа в сравнении с прототипом являются следующие: в качестве активатора используются продукты щелочного гидролиза глицеридов, т.е. реакции взаимодействия глинистого минерала с производными три-, ди-, моноглицеридов, жирными кислотами, глицерином протекают в щелочной среде при избытке щелочного реагента. При этом в качестве щелочного реагента применяют едкий натр или едкий калий, или карбонаты калия или натрия и т.п., не обладающие посторонним неприятным запахом и не портящими органолептику обрабатываемого продукта. Кроме того, перечисленные реагенты разрыхляют глинопорошки и увеличивают их реакционную способность, обеспечивая качественное осветление соков, вин, напитков и вод. Distinctive features of the proposed method in comparison with the prototype are the following: as an activator, alkaline hydrolysis products of glycerides are used, i.e. reactions of the clay mineral with derivatives of tri-, di-, monoglycerides, fatty acids, glycerol occur in an alkaline medium with an excess of alkaline reagent. At the same time, caustic soda or potassium hydroxide, or potassium or sodium carbonates, etc., which do not have an unpleasant odor and do not spoil the organoleptic of the processed product, are used as alkaline reagent. In addition, the listed reagents loosen clay powders and increase their reactivity, providing high-quality clarification of juices, wines, drinks and water.

В соответствии с вышеописанным одновременно происходят следующие физико-химические преобразования: диспергирование глинистого минерала практически до элементарных пакетов под действием щелочного реагента, гидролиз глицеридов в щелочной среде с образованием производных меньшей молекулярной массы, например моноглицеридов или жирных кислот, или их солей, взаимодействие элементарных пакетов с низкомолекулярными производными глицеридов с формированием гидрофильного органо-минерального комплекса. In accordance with the above, the following physicochemical transformations simultaneously occur: the clay mineral is dispersed almost to elementary packets under the action of an alkaline reagent, hydrolysis of glycerides in an alkaline medium with the formation of derivatives of lower molecular weight, for example monoglycerides or fatty acids, or their salts, the interaction of elementary packets with low molecular weight derivatives of glycerides with the formation of a hydrophilic organo-mineral complex.

Полученный органо-минеральный комплекс обладает высокой агрегативной устойчивостью: суспензии минералов, приготовленные по заявляемому способу, не расслаиваются и сохраняют высокую удельную поверхность и реакционную способность в течение 1-2 месяцев. Учитывая химический состав и строение реагентов-активаторов (модификаторов), можно предположить, что на поверхности органо-минерального комплекса аккумулируются в основном отрицательно заряженные активные центры, что обеспечивает в сравнении с прототипом и аналогами, большую сорбцию катионов металлов. Удельная поверхность в заявляемом способе значительно выше, чем в аналоге и прототипе, поэтому активированный (модифицированный) глинистый минерал сорбирует значительно большее количество мутящих компонентов, нефтепродуктов и взвешенных веществ. The resulting organo-mineral complex has high aggregate stability: mineral suspensions prepared by the present method do not exfoliate and retain a high specific surface area and reactivity for 1-2 months. Considering the chemical composition and structure of activator reagents (modifiers), it can be assumed that negatively charged active centers accumulate on the surface of the organo-mineral complex, which provides, in comparison with the prototype and analogues, a large sorption of metal cations. The specific surface in the present method is significantly higher than in the analogue and prototype, therefore, the activated (modified) clay mineral sorb a much larger amount of turbid components, oil products and suspended solids.

Таким образом, сформированный на основе глинистого минерала органо-минеральный комплекс проявляет новое, ранее неизвестное свойство - способность наиболее полно и комплексно удалять из жидких сред катионы тяжелых металлов совместно с органическими веществами. Thus, the organo-mineral complex formed on the basis of a clay mineral exhibits a new, previously unknown property - the ability to most fully and comprehensively remove heavy metal cations together with organic substances from liquid media.

Способ осуществляется следующим образом: одновременно смешивают порошкообразный глинистый минерал с сухим щелочным реагентов, например едким натром, едким калием, карбонатом калия, карбонатом натрия и т.п. глицеридами до образования однородной массы. На основе этой смеси приготавливается водная суспензия, в которой под действием щелочи происходит гидролиз высокомолекулярных глицеридов до образования до-, моноглицеридов, а также жирных кислот и их солей. Приготовленная таким образом суспензия дозируется в обрабатываемые жидкие среды (вино, соки, напитки, природные и сточные воды и т.п.) в количестве, устанавливаемом методом пробной коагуляции (оклейки). The method is as follows: at the same time, a powdery clay mineral is mixed with dry alkaline reagents, for example sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, etc. glycerides until a homogeneous mass is formed. Based on this mixture, an aqueous suspension is prepared in which, under the action of alkali, hydrolysis of high molecular weight glycerides takes place to form mono-glycerides, as well as fatty acids and their salts. The suspension prepared in this way is dosed into the processed liquid media (wine, juices, drinks, natural and waste water, etc.) in the amount established by the method of trial coagulation (pasting).

Суспензия глинистого минерала по заявляемому способу может применяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими сорбентами, коагулянтами, флокулянтами. The clay mineral suspension according to the claimed method can be used both independently and in combination with other sorbents, coagulants, flocculants.

Основными показателями, обуславливающими эффективность способа, являются количество глицеридов и щелочного реагента. The main indicators that determine the effectiveness of the method are the amount of glycerides and an alkaline reagent.

В качестве критериев оценки эффективности действия активированного глинистого минерала для всех обрабатываемых объектов выбрана величина коэффициента светопропускания (Т, %) при длине волны 440 нм и длине кюветы 10 мм для вин и соков и длине кюветы 50 мм для водных объектов. As the criteria for assessing the effectiveness of the activated clay mineral for all processed objects, the light transmission coefficient (T,%) at a wavelength of 440 nm and a cell length of 10 mm for wines and juices and a cell length of 50 mm for water objects was selected.

Анализ экспериментальных данных (таблица 1) показал, что независимо от типа минерала и вида обрабатываемой жидкой среды оптимальное количество глицеридов колеблется в пределах 0,5 - 12,0%, а щелочного реагента 0,5 - 5,0% от массы минерала. Увеличение количества глицеридов свыше 12,0% ухудшает качество осветления соков и вин и снижает эффективность очистки воды, что, возможно, связано с "защитным" действием производных глицеридов, проявляющих при повышенных концентрациях свойства дисперсантов. Увеличение количества щелочного реагента сверх 5,0% не эффективно и не рационально с экономической точки зрения, т.к. не способствует улучшению действия глинистого минерала. Уменьшение количества глицеридов и щелочного реагента менее 0,5% не позволяет достичь качественного осветления: виноматериалы и соки опалесцируют, а вода остается мутной. An analysis of the experimental data (table 1) showed that, regardless of the type of mineral and the type of liquid being processed, the optimal amount of glycerides ranges from 0.5 to 12.0%, and an alkaline reagent 0.5 to 5.0% by weight of the mineral. An increase in the amount of glycerides over 12.0% impairs the quality of clarification of juices and wines and reduces the efficiency of water purification, which is possibly due to the "protective" effect of glyceride derivatives, which exhibit dispersant properties at elevated concentrations. An increase in the amount of alkaline reagent in excess of 5.0% is not efficient and rational from an economic point of view, because does not contribute to the improvement of the clay mineral. A decrease in the amount of glycerides and an alkaline reagent of less than 0.5% does not allow achieving high-quality clarification: wine materials and juices are opalescent, and the water remains turbid.

Эффективность заявляемого способа в сравнении с известными экспериментально проверена при обработке вина и сточных вод рубероидного производства (таблица 2) и иллюстрируется следующими примерами. The effectiveness of the proposed method in comparison with the known experimentally tested during the processing of wine and wastewater ruberoid production (table 2) and is illustrated by the following examples.

Пример 1. Каждый из указанных объектов исследования обрабатывали бентонитом, активированным едким натрием. Среду тщательно перемешивали и оставляли в покое до завершения флокуляции. По окончании осветления сред в них определяли коэффициент светопропускания, остаточные концентрации катионов металлов, а для сточной воды - нефтепродуктов и взвешенных веществ. Example 1. Each of these research objects was treated with sodium bentonite activated sodium hydroxide. The medium was thoroughly mixed and left alone until flocculation was complete. At the end of media clarification, they determined the light transmission coefficient, residual concentrations of metal cations, and for waste water - oil products and suspended solids.

Пример 2. В обрабатываемую среду (воду) добавляли 20%-ную суспензию палыгорскита активированного K₂S (8,5 мг соли на 1 г минерала) из расчета 3 г минерала на 1 л. Среду тщательно перемешивали в течение 20 мин. Виноматериалы выдерживали 24 ч до завершения процесса осветления. Осадки, образовавшиеся при обработке сточных вод, отделяли центрифугированием.Example 2. In the medium (water) was added a 20% suspension of palygorskite activated K ₂ S (8.5 mg of salt per 1 g of mineral) at the rate of 3 g of mineral per 1 liter. The medium was thoroughly mixed for 20 minutes. Wine materials were held for 24 hours until the clarification process was completed. Precipitation formed during wastewater treatment was separated by centrifugation.

Пример 3. В порошкообразный глинистый минерал добавляли щелочной реагент и глицерид. Смесь тщательно перемешивали. К 500 мл сточной воды добавляли подготовленную смесь в количестве 80 мг/л, среду перемешивали 20 мин и центрифугировали. Example 3. An alkaline reagent and glyceride were added to a powdered clay mineral. The mixture was thoroughly mixed. The prepared mixture was added to 500 ml of wastewater in an amount of 80 mg / L, the medium was stirred for 20 min and centrifuged.

Для обработки вина из подготовленной сухой смеси готовили 10%-ную водную суспензию. В вино вносили суспензию из расчета 3 г минерала на 1 л, т.е. на 100 мл вина 3 мл 10%-ной суспензии. Среду перемешивали и оставляли в покое о полного завершения осветления и формирования осадка. For processing wine from a prepared dry mixture, a 10% aqueous suspension was prepared. A suspension was added to the wine at the rate of 3 g of mineral per 1 liter, i.e. per 100 ml of wine 3 ml of a 10% suspension. The medium was mixed and left alone about the complete completion of clarification and the formation of a precipitate.

В пп. 3.1-3.10 изменяли количество и тип глицеридов, щелочного реагента: 3.1 и 3.6 -едкий натр и моноглицерид стеариновой кислоты; 3.2 и 3.7 -карбонат калия и олеиновая кислота; 3.3 и 3.8 -карбонат натрия и техническое растительное масло; 3.4 и 3.9 -едкий калий и триглицерид; 3.5 и 3.10 - карбонат натрия и линолевая кислота. In paragraphs 3.1-3.10 changed the amount and type of glycerides, an alkaline reagent: 3.1 and 3.6 — sodium hydroxide and stearic acid monoglyceride; 3.2 and 3.7 potassium carbonate and oleic acid; 3.3 and 3.8 - sodium carbonate and technical vegetable oil; 3.4 and 3.9 - potassium hydroxide and triglyceride; 3.5 and 3.10 - sodium carbonate and linoleic acid.

Аналогичные данные были получены при обработке сырой воды, поступающей на водоподготовку на фильтровальную станцию Таманского водовода и содержащую до обработки катионы железа (общ.)- 2,2 мг/л, меди - 1,4 мг/л, мышьяка - 0,05 мг/л, цинка - 2,3 мг/л. После обработки воды палыгорскитом, активированным оптимальными количествами глицерида (4,5%) и щелочного реагента (сода 2,0%) перечисленные катионы полностью перешли в осадок, а количество взвешенных веществ уменьшилось с 31 до 2 мг/л. Similar data were obtained during the processing of raw water supplied to the filter station of the Taman water conduit for water treatment and containing iron cations (total) - 2.2 mg / l, copper - 1.4 mg / l, and arsenic - 0.05 mg before processing / l, zinc - 2.3 mg / l. After treating the water with palygorskite activated with optimal amounts of glyceride (4.5%) and an alkaline reagent (soda 2.0%), the listed cations completely precipitated, and the amount of suspended solids decreased from 31 to 2 mg / L.

Сопоставляя данные таблицы 2, следует отметить, что известные способы не позволяют достичь степени очистки, аналогичной заявляемому способу. При этом высокая эффективность получена на различных минералах, глицеридах и щелочных реагентах, что позволяет гибко и целенаправленно варьировать их типом и количествами в пределах, указанных в формуле изобретения. Comparing the data of table 2, it should be noted that the known methods do not allow to achieve a degree of purification similar to the claimed method. Moreover, high efficiency was obtained on various minerals, glycerides and alkaline reagents, which allows you to flexibly and purposefully vary their type and amounts within the limits indicated in the claims.

Способ находится на стадии опытно-промышленных испытаний, проводимых на OAO "Уралмаш" (г. Екатеринбург.). The method is at the stage of pilot tests conducted at OAO Uralmash (Ekaterinburg.).

(56) 1. Таран Н.Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1983, 284 с. (56) 1. Taran N.G. Adsorbents and ion exchangers in the food industry. - M .: Light and food industry. 1983, 284 p.

2. Архипов Э.Л. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. -Ташкент: Изд-во ФАН СССР, 1970, 250 с. 2. Arkhipov E.L. Natural mineral sorbents, their activation and modification. -Tashkent: Publishing house of the FAN USSR, 1970, 250 p.

3. Надиров Н. К. Теоретические основы активации и механизма действия природных сорбентов в процессе осветления растительных масел- М: Пищевая промышленность, 1973, 1973, 352 с. 3. Nadirov N. K. Theoretical basis for the activation and mechanism of action of natural sorbents in the process of clarification of vegetable oils - M: Food industry, 1973, 1973, 352 S.

4. Авторское свидетельство СССР N 1684331, 1991. 4. Copyright certificate of the USSR N 1684331, 1991.

Claims

A method of processing liquid media, comprising introducing clay minerals activated with alkaline reagents into the liquid medium, characterized in that the activating reagents use alkaline hydrolysis derivatives of glycerides in an amount of 0.5-12.0% by weight of the clay mineral, and an alkaline reagent for hydrolysis - in an amount of 0.5 - 5.0% by weight of clay mineral.