Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2468997

(19)

RU

(11)

2468997

(13)

C1

(51) МПК C02F1/28 (2006.01)

C02F1/58 (2006.01)

C02F1/24 (2006.01)

C02F9/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.12.2012 - нет данных Пошлина:

На основании пункта 1 статьи 1366 части четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации патентообладатель обязуется заключить договор об отчуждении патента на условиях, соответствующих установившейся практике, с любым гражданином Российской Федерации или российским юридическим лицом, кто первым изъявил такое желание и уведомил об этом патентообладателя и федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности.

(21), (22) Заявка: 2011136760/05, 06.09.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

06.09.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 06.09.2011

(45) Опубликовано: 10.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2164895 C2, 10.04.2001. RU 2327646 C1, 27.06.2008. RU 2418745 C1, 20.05.2011. RU 2320548 C1, 27.03.2008. RU 2174961 C1, 20.10.2001. SU 1263639 A1, 15.10.1986. US 7763359 B1, 27.07.2010. US 7481939 B1, 27.01.2009.

Адрес для переписки:

141260, Московская обл., Пушкинский р-н, пос. Правдинский, Институтский пр-д, 2, кв.81, Л.А. Мазитову

(72) Автор(ы):

Мазитов Леонид Асхатович (RU),

Финатов Алексей Николаевич (RU),

Финатова Ирина Леонидовна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Мазитов Леонид Асхатович (RU)

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ АЛЮМИНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологиям очистки сточных вод. Способ включает обработку воды фосфатом натрия в присутствии фибриллированных целлюлозных волокон из расчета 100 мас.ч. на 100-900 мас.ч. образующегося фосфата алюминия. Предварительно можно произвести обработку воды раствором гидроксида натрия в присутствии упомянутых волокон. Отделение продукта обработки ведут напорной флотацией. Изобретение обеспечивает повышенную эффективность очистки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к технологиям очистки сточных вод от растворенных соединений алюминия и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен способ осаждения алюминия из водных растворов путем их обработки раствором натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в эквимолярном количестве по отношению к концентрации ионов алюминия (а.с. 808377, МПК C02F 1/58, опубл. 28.02.1981 г.). В результате обработки выпадает осадок, который отфильтровывают, прокаливают и получают окись алюминия.

Недостатками способа являются его сложность, а также необходимость использования дорогого реагента.

Известен способ очистки сточных вод от алюминия, в котором в воду сначала подают жидкое стекло, затем ее подщелачивают известковым молоком до pH 10-11 и продувают диоксидом углерода (а.с. 789416, МПК C02F 1/58, опубл. 23.12.1980 г.). Выделившийся осадок содержит Al(OH) 3 , CaCO 3 , Al 2 (SiO 3 ) 3 , CaSiO 3 . Осадок высушивают, обжигают и получают технический алюминат кальция.

Недостатком способа является его высокая сложность.

Ближайшим по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод от соединений алюминия путем обработки солями фосфорных кислот с последующим отделением образующегося осадка фильтрованием или в отстойниках без фильтрации (RU 2164895, МПК C02F 1/58, C02F 101/10, опубл. 10.04.2001 г.).

Недостатком способа является возможность его использования лишь при низких концентрациях алюминия в сточной воде. При обработке воды с более высокой концентрацией алюминия, например 100 мг/л, и, соответственно, пропорционально большем количестве выделяемого осаждением фосфата алюминия осадок образует плохо отфильтровывающийся или не поддающийся обработке гидрозоль.

Новым положительным результатом от использования предлагаемого изобретения является обеспечение возможности очищать сточные воды с любой встречающейся на практике концентрацией растворимых соединений алюминия, а также получения содержащих алюминий нерастворимых продуктов очистки с заданными характеристиками.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе очистки сточной воды от ионов алюминия, включающем стадию обработки воды фосфатом натрия и стадию отделения образовавшегося осадка, содержащего фосфат алюминия, согласно изобретению, обработку воды фосфатом натрия осуществляют в присутствии фибриллированных волокон целлюлозы, взятых в количестве 100 мас.ч. на 100-900 мас.ч. фосфата алюминия, причем не менее 94 мас.% используемых волокон имеют длину не более 1,23 мм и не менее 54 мас.% волокон имеют длину не более 0,6 мм, при этом удержание воды упомянутыми волокнами составляет не более 4 мл/г, а отделение образовавшегося осадка осуществляют напорной флотацией. Можно также проводить предварительную обработку сточной воды путем частичного осаждения ионов алюминия раствором гидроксида натрия в присутствии фибриллированных волокон целлюлозы с отделением образовавшегося осадка напорной флотацией, причем упомянутую предварительную обработку осуществлять в один или два последовательных приема.

При увеличении длины ФЦВ их сорбционная емкость снижается, при уменьшении размеров волокон и соответствующем повышении водоудержания возникают осложнения в процессах переработки флотошлама. Такие же осложнения возникают при количестве сорбированных на ФЦВ частиц более 900 мас.ч. на 100 мас.ч. волокон. При очистке воды в две или более ступеней на последней ступени предпочтительно использовать в качестве реагента фосфат натрия, поскольку случайный небольшой избыток этой соли не приведет к повышению щелочности воды.

Для выполнения способа, например, с двумя ступенями очистки, используют установку, блок-схема которой изображена на фиг.1, где 1 и 5 - смесители, 2 и 6 - реакторы, 3 и 7 - сатураторы, 4 и 8 - флотаторы.

Готовят дисперсию ФЦВ, которая содержит, в расчете на массу волокон, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,6 мм. Готовят также растворы гидроксида натрия и фосфата натрия (Na 3 PO 4 ). В смеситель 1 в заданных количествах подают подлежащую очистке воду с известным содержанием ионов алюминия и дисперсию ФЦВ. Поток из смесителя 1 направляют в реактор 1, в который подают также гидроксид натрия в количестве, например, эквивалентно равном 70% содержания в воде алюминия. В реакторе происходит реакция между ионами Al 3+ и OH - , в результате которой образуются наноразмерные нерастворимые в воде частицы Al(OH) 3 . Эти частицы в дисперсии под действием сил стяжения прочно закрепляются на фибриллах целлюлозы, которые обладают высокой активностью к взаимодействию как с новообразованными частицами, так и друг с другом. Благодаря высокой активности фибриллы с закрепленными на них частицами способны в 15-20 секунд образовывать флоккулы, в 20-40 секунд - хорошо флотируемые хлопья.

Дисперсию далее подают в сатуратор 3, где ее под давлением, например, в 2 атм, насыщают воздухом и сатурированную дисперсию направляют в водораспределитель (на схеме не показан), установленный в камере флотатора. Его конструкция обеспечивает сброс давления до нормального и равномерное распределение воды по всему объему флотокамеры. Выделяющиеся из воды при нормальном давлении пузырьки воздуха флотируют к поверхности воды флоккулы и быстро формирующиеся хлопья. Накапливающийся слой флотошлама отбирают и направляют на переработку.

Используемые в способе фибриллированные целлюлозные волокна и образующийся в процессе флотошлам обладают уникальными для флотационной технологии свойствами. Образующиеся при реагентной обработке воды в межволоконных зазорах и порах пучков фибрилл нерастворимые частицы соединений металлов оказывают расклинивающее воздействие на эти пучки. Поэтому количество фибрилл, способных быстро формировать флоккулы и затем хлопья, в дисперсии увеличивается, скорость образования флоккул, размеры хлопьев, а также суммарная емкость сорбента также значительно увеличиваются.

Флоккулы, хлопья, флотошлам при своем образовании и движении к поверхности воды захватывают ультрамелкие частицы различного происхождения как образовавшиеся в процессе обработки воды, так и изначально присутствующие в ней, например, частицы солюбилизированного диоксида кремния, то есть работают как собиратели твердых компонентов.

Структура и физические свойства упомянутых образований из волокон способствуют удержанию в них пузырьков воздуха, то есть фибриллированные целлюлозные волокна в системе работают еще и как флотоагент.

При удалении флотошлама с поверхности воды черпаками часть хлопьев разрушается. В обычных технологиях с использованием в качестве коагулянта, например, полиакриламида или сульфата алюминия, частицы разрушенных хлопьев вновь их образовать не способны и выносятся с потоком воды. Флотошлам, полученный по предлагаемой технологии, разбавленный и перемешанный при высокой скорости, превращается в однородную дисперсию без каких-либо признаков наличия флоккул. Однако за 15-40 сек в системе вновь образуются хорошо флотируемые флоккулы и хлопья.

Еще один важный фактор. Твердые вещества флотошлама - это композиционный материал, состоящий из целлюлозных фибриллированнных волокон и прочно связанных с ними наноразмерных частиц Al(OH) 3 или AlPO 4 . Мелкие волокна и частицы в отдельности - упрочняющие компоненты во многих композиционных материалах, в том числе на основе различных полимеров. Вместе они большей частью дают синергетический эффект, например, целлюлозные волокна, модифицированные минеральными частицами - это эффективная добавка в бумажную массу при получении зольных видов бумаги.

С учетом этого фактора на ступенях очистки воды можно получать композиционный материал с Al(OH) 3 или AlPO 4 или с различными соотношениями количеств волокно/минеральный компонент для различных областей их применения.

Обязательные стадии переработки флотошлама - это его сгущение и промывка от образующихся в процессе обработки воды солей натрия - сульфата или хлорида. Сгущение можно проводить путем отжима на центрифуге или фильтрпрессе. Промывку сгущенного шлама целесообразно проводить путем его разбавления и выделения из разбавленной дисперсии методом флотации. Вновь полученный флотошлам можно без его дополнительной переработки использовать в производстве зольной бумаги. Этот же флотошлам можно также высушить, измельчить и получить упрочняющий наполнитель. В результате обжига композиционного материала с Al(OH) 3 получают Al 2 O 3 . Обработка композиционного материала с AlPO 4 уксусной кислотой дает ацетат алюминия, используемый в качестве протравы при крашении тканей или в медицине в качестве примочек.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа очистки воды от ионов алюминия.

Для выполнения примеров готовят модельные растворы сульфата и хлорида алюминия, алюмокалиевых квасцов, гидроксида и фосфата натрия, дисперсию ФЦВ. Определяют максимальную емкость при сорбции Al(OH) 3 и AlPO 4 , а также «техническую» емкость, превышение которой приводит к появлению осложнений при обезвоживании флотошлама. Максимальная емкость в отношении Al(OH) 3 - не менее 1500 мас.ч. на 100 мас.ч. ФЦВ, в отношении AlPO 4 - не менее 1200 мас.ч. Приемлемая для процессов флотации и обезвоживания флотошлама емкость по этим веществам - до 1000 мас.ч. на 100 мас.ч. ФЦВ.

При обработке воды с низким содержанием Al достаточна одна ступень обработки с использованием смесителя 1, реактора 2, сатуратора 3 и флотатора 4.

Пример 1. Обработке подвергают воду с Al 2 (SO 4 ) 3 при содержании Al 5 мг/л. В смеситель 1 подают воду и дисперсию ФЦВ в количестве 50 мг/л в расчете на сухие волокна. Дисперсию из смесителя направляют в реактор 2, куда подают в качестве реагента Na 3 PO 4 в количестве, стехиометрически равном содержанию в воде Al. Далее вода поступает в сатуратор 3, где ее насыщают воздухом при давлении 2 атм. Воду из сатуратора подают во флотатор 4. Образующийся в нем флотошлам накапливается на поверхности воды в виде флотослоя. При определенной массе этого слоя его из камеры выводят переливом или же его отбирают черпаками. В начале процесса весь флотошлам подают в смеситель 1 (на фиг. это показано штрихпунктирной линией), при этом подачу свежих ФЦВ прекращают. При достижении (по расчету) заранее выбранного соотношения ФЦВ/AlPO 4 , равного, например, 100:100-150 (в мас.ч.), часть флотошлама начинают отбирать на переработку, а в смеситель 1 начинают подавать в таком же количестве свежие ФЦВ. Это рабочий режим работы системы. В выводимой из флотатора с самого начала процесса очищенной воде Al отсутствует. Флотошлам обезвоживают, промывают от сульфата натрия, снова обезвоживают, сушат, измельчают и получают наполнитель для полимерных композиционных материалов.

Пример 2. Очищают воду, содержащую 250 мг/л алюминия в виде AlCl 3 . В смеситель 1 подают эту воду и дисперсию ФЦВ в количестве 80 мг/л в расчете на сухое волокно. В реакторе 2 в дисперсию добавляют NaOH в количестве, стехиометрически равном 150 мг Al. В сатураторе воду насыщают воздухом и подают во флотатор. Флотошлам выводят из камеры флотатора и подают на переработку. Его сухие вещества содержат в расчете на 100 мас.ч. ФЦВ, 540 мас.ч. Al(OH) 3 . Осветленную воду подают в смеситель 5 и добавляют в нее ФЦВ в количестве, в расчете на сухое волокно, 50 мг/л. В реакторе 6 в воду добавляют Na 3 PO 4 в количестве, стехиометрически равном 100 мг Al. Флотошлам из флотатора 8 содержит, в расчете на 100 мг ФЦВ, 900 мг AlPO 4 . Обе порции флотошлама обезвоживают, промывают от хлористого натрия, снова обезвоживают. Первую порцию флотошлама прокаливают и получают Al 2 O 3 , из второй порции путем ее обработки уксусной кислотой получают ацетат алюминия.

В обработанной воде алюминий отсутствует.

Пример 3. Очищают воду, содержащую 400 мг/л алюминия в виде KAl(SO 4 ) 2 , при этом используют три ступени очистки, и установка, соответственно, дополнительно содержит смеситель, реактор, сатуратор и флотатор. В смеситель 1 подают воду и дисперсию ФЦВ в количестве 80 мг на 1 л воды. В реакторе 2 в воду добавляют NaOH в количестве, стехиометрически равном 150 мг Al. В сатураторе 3 воду насыщают воздухом и подают во флотатор 4. Флотошлам из него выводят и направляют на переработку. Его сухие вещества содержат, в расчете на 100 мас.ч. ФЦВ, 540 мас.ч. Al(OH) 3 . Осветленную воду подают в смеситель 5 и добавляют в нее ФЦВ в количестве 80 мг/л. В реакторе в воду добавляют NaOH в количестве, стехиометрически равном 150 мг Al. Смесь направляют в сатуратор 7 и затем во флотатор 8. Флотошлам на этой ступени содержит, в расчете на 100 мас.ч. ФЦВ, 540 мас.ч. Al(OH) 3 . Осветленную во флотаторе воду направляют в смеситель следующей секции (на Фиг. не показан), в котором в воду добавляют 50 мг/л ФЦВ. В следующем реакторе в воду добавляют Na 3 PO 4 в количестве, стехиометрически равном 100 мг Al. Смесь направляют в сатуратор, далее во флотатор. Флотошлам на этой ступени содержит, в расчете на 100 мг ФЦВ, 900 мг AlPO 4 . В очищенной воде алюминий отсутствует.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточной воды от ионов алюминия, включающий стадию обработки воды фосфатом натрия и стадию отделения осадка, содержащего фосфат алюминия, отличающийся тем, что обработку воды фосфатом натрия осуществляют в присутствии фибриллированных волокон целлюлозы, взятых количестве 100 мас.ч. на 100-900 мас.ч. фосфата алюминия, причем не менее 94 мас.% используемых волокон имеют длину не более 1,23 мм и не менее 54 мас.% волокон имеют длину не более 0,6 мм, при этом удержание воды упомянутыми волокнами составляет не более 4 мл/г, а отделение образовавшегося осадка осуществляют напорной флотацией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят предварительную обработку сточной воды путем частичного осаждения ионов алюминия раствором гидроксида натрия в присутствии фибриллированных волокон целлюлозы с отделением образовавшегося осадка напорной флотацией, причем упомянутую предварительную обработку осуществляют в один или два последовательных приема.

РИСУНКИ