Спосіб одержання коагулянту

1. Спосіб одержання коагулянту шля хом модифікації розчинів кремнієвої кислоти алюмінію сульфатом, який відрізняється тим, що розчин рідкого скла з робочою концентрацією SiO2 3-8% змішують з сильнокислотним катіонітом КУ-2,8 до досягнення величини рН одержаної кремнієвої кислоти 1,5-2,5 або 4-5 одиниць рН, або пропускають розчин рідкого скла з потрібною концентрацією оксиду кремнію через стаціонарний шар катіоніту із розрахунку завантаження його двократного надлишку до розрахункової величини з наступним C2 2 80425 1 3 80425 4 4. Спосіб, який включає взаємодію гідроксиду творення розбавляється водою до вмісту SiO; 0.5алюмінію з сірчаною кислотою, взятою в кількості 0.75 % [11-13]. Хоча такі розчини і зберігають пев95-97 % від стехіометріїї при 115-120°С протягом ну активність протягом 3-6 тижнів, використовува20-35 хвилин з одержанням рідкого сульфату ти їх доцільно протягом тільки перших двох днів алюмінію [4]. після приготування. Сумісне використання будь5. Спосіб, який включає взаємодію гідроксиду якого коагулянту з АК суттєво підвищує ступінь алюмінію з сірчаною кислотою при 90-110°С при очищення води, що обумовлює актуальність та кількості сірчаної кислоти не більше 95 % від стеважливість пошуку систем до складу яких би вхохіометрії з одержанням рідкого сульфату алюмінію дила кремнекислота. [5]. Найбільш близьким до пропонованого винахо6. Спосіб, який включає постадійну обробку ду за досягненням кінцевого результату є спосіб сульфату алюмінію у водному розчині кальцій- і одержання коагулянту, який включає розклад нехлоровмісними реагентами при нагріванні з одерфелінового концентрату розбавленими розчинами жанням гідроксохлорсульфату [6]. мінеральних кислот або їх солей при температурі 7. Спосіб, який включає обробку гідроксиду процесу 20-80°С. Такі умови забезпечують одералюмінію сумішшю соляної і сірчаної кислот в прижання алюмовмісного коагулянту, що має у своєму сутності фтористоводневої кислоти або її солей складі колоїдну АК, яка виконує роль флокулянта при нагріванні і перемішуванні з одержанням змі[14]. шаних основних солей алюмінію [7]. Недоліком цього способу є його орієнтація на 8. Спосіб, який включає обробку гідроксиду конкретну сировинну базу, яка не завжди доступалюмінію сірчаною кислотою при підвищених темна. пературах і введення в одержаний плав сульфату Задачею пропонованого винаходу є створення алюмінію гідроксохлориду алюмінію із розрахунку на основі доступної сировинної бази алюмінійвмісатомних співвідношень СІ : Аl = 0.6 : 1.0 з одерного коагулянту, ефективність дії якого підсилюжанням змішаних солей алюмінію [8]. ється за рахунок присутності у складі реагенту у 9. Спосіб, який включає обробку гідроксиду колоїдному вигляді кремнієвої кислоти, яка викоалюмінію водними розчинами НСl і H2SO4 при нанує роль флокулянта і підсилює коагулюючі власгріванні при 100-120°С протягом 0.5-1.0 години з тивості реагенту. перемішуванням і мольному співвідношенні Поставлена задача досягається тим, що розАl(ОН)3 : Н2SO4 : НСІ : Н2 O рівному 11-0.1 : 1.0 : 5.5 чин рідкого скла певної концентрації по SiO; змі: 6.5 з одержанням змішаних солей алюмінію [9]. шують при кімнатній температурі з сульфокислот10. Спосіб, який включає обробку сульфа ту ною іонообмінною смолою КУ-2,8 (далі катіоніт) алюмінію у водному розчині при нагріванні гідроабо пропускають його через стаціонарний шар ксохлоридом алюмінію і хлоркарбонатом кальцію з катіоніту до досягнення заданої величини рН розодержанням гідроксохлориду алюмінію середньої чину після катіоніту з поступовим додаванням до основності [10]. Всі наведені способи мають спільутвореної кремнієвої кислоти при перемішуванні ну фізико-хімічну основу і відрізняються природою водного розчину сульфату алюмінію. Ефективність кінцевого продукту і оформленням основних стадій і стабільність кінцевого продукту визначається його одержання, а для означених коагулянтів приспіввідношенням оксидів алюмінію і кремнію, ветаманні спільні недоліки - обмежений діапазон личиною рН кремнієвої кислоти, порядком змішувеличин рН та температури води, яка обробляєтьвання вихідних розчинів кремнієвої кислоти і суся, а також значний вміст в очищеній воді залишльфату алюмінію, швидкістю перемішування цих кового алюмінію (особливо в холодний період року розчинів. та в період повені). Одним із шляхів виправлення Спосіб підтверджується наступними приклацих недоліків є використання разом з коагулянтадами. ми флокулянтів. Найбільш активним і приваблиПриклад 1 вим з багатьох точок зору флокулянтів є активова102 мл рідкогоскла з вихідною концентрацією на кремнієва кислота (АК). АК не є промисловим SiO2 - 29.3 % і Na2O - 7.6 % розчиняють у 500 мл продуктом і її виготовляють безпосередньо на місдистильованої або водопровідної води. В одержаці використання [11]. Одержання АК, яка є частконий розчин додають при інтенсивному перемішуво структурованим колоїдним розчином двоокису ванні катіоніт до досягнення рН розчину 4-5 одикремнію, основано на повній або неповній нейтраниць рН. Відділяють розчин від катіоніту і додають лізації лужності в силікаті натрію. Сировиною для її до нього зі швидкістю 1 мл/сек. 500 мл 5 % -ого виготовлення є розчин силікату натрію (рідке алюмінію сульфату при швидкості перемішування скло), який містить 22.9 - 39 % SiO2 і 7.6-14.6 % 5 об/хв. Одержаний зразок із співвідношенням Na2O, i активатори [12]. Останніми у більшості ви8102/АЬОз ^ 1.5/0.38 зберігається без желатинізападків використовують сірчану кислоту, сірчанокиції протягом 1 місяця без втрати початкової активслий амоній або алюміній, хлор, вуглекислий або ності. сірчистий газ, бікарбонат або бісульфат натрію, Приклад 2 кремнефтористий натрій, іонообмінні смоли. ПроВідрізняється тим, що катіоніт додають до доцес активації силікату натрію полягає в його розсягнення величини рН розчину кремнієвої кислоти кладі, нейтралізації лужності і одержанні вільної 1.5-2.5 одиниці рН. Одержаний зразок зберігає кремнієвої кислоти або її важкорозчинних солей. свої початкові властивості протягом трьох місяців. По завершенні взаємодії вихідного розчину рідкого Приклади 3, 4, 5 скла утворений золь визріває протягом певного Відрізняються тим, що в одержаних реагентах часу і потім з метою попередження процесу гелеуспіввідношення SіO2/АІ2Oз становить 1.5/0.76; 5 80425 6 1.5/1.14 і 1.5/1.52 відповідно. Термін їх зберігання Відрізняється тим, що розчин кремнієвої кисбез желатинізації складає три місяці при оптималоти, виготовленої за умов будь-якого з наведених льному співвідношенні оксидів 1.5/0.76. прикладів, додають при перемішуванні зі швидкісПриклади 6, 7, 8, 9 тю 5, 30 або 60 об/хв. до розчину алюміній сульВідрізняються тим, що в одержаних реагентах фату. Активність таких зразків значно нижча актиспіввідношення SiO2/Al2 O3, становить 2.5/0.38; вності тих зразків, які одержані шляхом додавання 2.5/0.76; 2.5/1.14 і 2.5/1.52 відповідно. При терміні алюмінію сульфату до кремнієвої кислоти. Термін їх зберігання без желатинізації протягом трьох зберігання визначається величиною рН та швидкімісяців найбільш активний зразок із співвідношенстю змішування. ням SіО2/Аl2О3 рівним 2.5/0.76. Приклад 18 Приклади 10, 11, 12 Відрізняється тим, що до розчину кремнієвої Відрізняється тим, що в одержаних реагентах кислоти, одержаної за умов прикладів 1, 2 або 15, співвідношення SiO2/Al2 O3 становить 4/0.38; 4/0.76; 16 з величиною рН 4-5 або 1.5-2.5, додають при 4/1.52 відповідно. При зберіганні тенденції в межах перемішуванні зі швидкістю 5 об/хв. розчин алюміодного ряду до проходження активності через манію сульфату з вмістом АІ2О3 0.38, 0.76, 1.14 або хсимум для зразка, в якому вміст оксиду алюмінію 1.52 %, який попередньо розділяють на дві частискладає 0.76 %, активність цих зразків нижча за ни. Першу частину 16-20 % від загальної кількості активність зразків із прикладів 2-8 при терміні збезмішують з катіонітом або пропускають її через рігання два місяці. стаціонарний шар катіоніту до досягнення величиПриклади 13, 14 ни рН 1-1.5 одиниці рН, іншу частину - 84-80 %, Відрізняються тим, що швидкість перемішузалишають без змін. Термін зберігання такого зравання розчинів кремнієвої кислоти і алюмінію сузка без втрати активності становить до шести мільфату складає ЗО і 60 об/хв. відповідно. При сяців. швидкості 30 об/хв. активність реагенту знижуєтьПриклад 19 ся на 3-5 %, а при швидкості 60 об/хв. - на 23-67 % Відрізняється тим, що для приготування відпов порівнянні з активністю зразка із прикладу 1. відних розчинів алюмінію сульфату і рідкого скла Термін зберігання одержаних зразків не залевикористовують розчини, утворені після кислотної жить від швидкості перемішування і становить 1 регенерації катіоніту і промивні води, які одержумісяць. ються після відмивання катіоніту від надлишку Приклад 15 кислоти із розрахунку їх повного використання. Відрізняється тим, що такий же, як і в прикладі Виготовлені таким чином зразки зберігаються без 1, об'єм рідкого скла пропускають через стаціонажелатинізації і втрати початкової активності протярний шар катіоніту із розрахунку завантаження гом двох місяців. його двохкратного надлишку до розрахункової Робочі розчини алюмінію сульфату виготовлевеличини. Контакт з катіонітом припиняють після ні із твердого алюмінію сульфату за ГОСТ 12966досягнення величини рН кремнівої кислоти 4-5 85. одиниць рН. Далі процес проводять за умов приРобочі розчини рідкого скла виготовлені із токладу 1. Активність зразка зберігається протягом варного рідкого скла за ГОСТ 13078-81. місяця. В таблицях 1-5 наведено результати, одержані Приклад 16 при дослідженні ефективності виготовлених за Відрізняється тим, що розчин рідкого скла означеним способом зразків коагулянту. пропускають через стаціонарний шар катіоніту до Видно, що коагулянт, виготовлений за даним досягнення величини рН розчину кремнієвої кисспособом, значно активніший від алюміній сульлоти 1.5-2.5 одиниць рН. Далі процес проводять за фату і гідроксохлориду алюмінію марки Полвак-40. умов прикладу 1. Активність зразка зберігається Наведені приклади підтверджують досягнення протягом трьох місяців. технічного результату при здійсненні заявленого Приклад 17 способу. Таблиця 1 Вплив співвідношення SiO2/Al2 O3 на активність виготовлених зразків коагулянту Співвідношення SiO2/Al2O 3 1 1.5/0.38 1.5/0.76 1.5/1.14 1.5/1.52 Fe3+ 2 65 80 69 66 Ступінь вилучення забруднень, % при витратах реагенту 0.3 мл/100 мл Сu2+ Mn2+ 3 4 59 37 99 88 74 73 71 69 Pb2+ 5 19 67 42 40 7 80425 8 Продовження таблиці 1 1 2.5/0.38 2.5/0.76 2.5/1.14 2.5/1.52 4/0.38 4/0.76 4/1.52 2 60 83 63 65 36 77 56 3 61 96 70 74 61 92 69 4 35 90 72 65 33 51 49 5 18 65 41 37 14 34 29 Таблиця 2 Вплив порядку змішування складових виготовлених зразків коагулянту із співвідношенням SiO2/Al2O 3 рівним 1.5/0.76 на його ефективність Порядок змішування Варіант 1 Варіант 2 Ступінь вилучення забруднень, % при витратах реагенту 0.3 мл/100 мл Fe3+ Сu2+ Mn2+ Pb2+ 80 99 88 67 16 25 21 25 Варіант 1 - розчин алюмінію сульфату додавали до розчину кремнієвої кислоти зі швидкістю 5 об/хв. Варіант 2 - розчин кремнієвої кислоти додавали до розчину алюмінію сульфату зі швидкістю 5 об/хв. Таблиця 3 Вплив швидкості змішування складових виготовленого коагулянту із співвідношенням SiO2/Al2O 3 рівним 1.5/0.76 на його ефективність Швидкість змішування, оберти/хвилину 5 30 60 Ступінь вилучення забруднень, % при витратах реагенту 0.3 мл/100 мл Fe3+ Сu2+ Mn2+ Pb2+ 84 98 91 73 80 96 92 70 65 57 59 24 Таблица 4 Вплив виготовленого реагенту (співвідношення SiO2/Al2O 3 рівне 1.5/0.76) і алюмінію сульфату на процес осадження зважених часток Параметри Доза коагулянтів, Аl2О 3/250 мл модельного розчину Кількість коагулянтів, мл/250 мл модельного розчину Час утворення пластівців, с Час початку осадження пластівців, хв. Висота просвітленого шару в см через: 10 хв. 120 хв. Швидкість осадження пластівців в см/год через: 10 хв. 120 хв. Залишкова мутність, мг/л Залишкова прозорість, см Вигляд утворених пластівців Ступінь очищення, % № п/п виготовлений коагулянт/алюмінія сульфат 1 2 3 7.7/10.78 15.4/21.56 23.1/36.96 1/1.4 2/2.8 3/4.8 4/362 1.9/23.12 3/422 1.58/22.75 2/429 1.25/21.12 0.9/0 21.2/3.5 1.7/0 21.8/4.5 2.4/0 22.5/5.6 5.4/0 10.6/1.75 3.39/41.5 >20/5.4 97/69 10.2/0 10.9/2.25 1.07/39.05 >20/5.2 крупні та рихлі/дуже дрібні 99/71 14.4/0 11.25/2.8 0.89/34.58 >20/5.0 100/74 9 80425 10 Вихідні параметри модельного розчину: мутність, мг/л 135 прозорість, см 1.4 температура розчину, °С 21 Таблиця 5 Вплив коагулянтів різної природи на процес очищення води р. Десна* № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Доза по Аl2О3, мг/л І II III Мутність, мг/л 3.06 6.13 9.19 12.25 15.32 18.38 3.06 6.13 9.19 12.25 15.32 18.38 6.13 9.19 12.25 15.32 6.8 3.2 1.8 1.0 0.9 1.0 3.8 2.1 1.2 0 9 0.5 3.4 1.8 1.4 1.2 Вміст залишкового Кольоровість, град. алюмінію в очищеній воді, мг/л 28 1.0 25 1.2 19 0.9 16 0.65 11 0.7 11 0.85 28 0.5 26 0.7 18 0.65 15 0.6 13 0.5 12 0.4 28 1.7 22 1.3 16 1.1 11 1.25 * - визначення означених параметрів проводили в нефільтрованій воді після її відстоювання протягом 30 хвилин. І - гідроксохлорид алюмінію марки Полвак-40; II - виготовлений за даним способом коагулянт із співвідношенням SiO2/Al2 O3 = 1.5/0.76; III - алюмінію сульфат. Список посилань: 1. Патент Российской Федерации 2181694. Способ получения коагулянта (варианты) / Р. Н. Габдрахманович, А.Ф. Дресвянников - Оп убл. 27.04.2002 г. 2. Патент Российской Федерации 2167819. Способ получения коагулянта / К.Т. Вильданова, З.Р. Гарипова, Р.Г. Хабибуллин - Опубл. 27.05.2001 г. 3. Патент Российской Федерации 2091309. Способ получения коагулянта - гидроксосульфата алюминия / Б.П. Середа, В.Р. Панюшкин, С.В. Целищева и др. - Оп убл. 27.09.1997 г. 4. Патент Российской Федерации 2157341. Способ получения коагулянта – жидкого сульфата алюминия / Ю.Г. Крохин, Ю.А. Пайнер, И.К. Шувалова - Опубл. 10.10.2000 г. 5. Патент Российской Федерации 2193011. Способ получения коагулянта - жидкого сульфата алюминия / О.П. Бурыгин, Н.Ф. Шишанов, В.П. Андреев - Оп убл. 20.11.2002 г. 6. Патент Российской Федерации 2102322. Способ получения коагулянта на основе гидроксилхлорида алюминия / Б.П. Середа, В.Р. Панюшкин, С.В. Целищева - Оп убл. 20.01.1998 г. 7. Патент Российской Федерации 2038306. Способ получения коагулянта на основе сме шанных основных солей алюминия / С.В. Волков, Л.А. Зеленская, И.В. Кадытис- Грозная и др. Опубл. 27.06.1995 г. 8. Патент Российской Федерации 2177908. Способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия / Г.Н. Алексеева, В.П. Демидов, Н.Н. Али фанова и др. -Оп убл. 10.03.2000 г. 9. Патент Российской Федерации 2095312. Способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия / С.В. Волков, С.Н. Михайлов, И.Г. Трукшан и др. - Опубл. 10.11.1997 г. 10. Патент Российской Федерации 2089503. Способ получения коагулянта - гидроксохлорида алюминия / Б.П. Середа, В.Р. Панюшкин, Е.С. Пономарева и др. - Опубл. 10.09.1997 г. 11. Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф., Слипченко В.А. Активная кремнекислота и проблема качества воды // Киев: Наукова думка, 1969. 240с. 12. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды // Киев: Наукова думка, 1983. - 528 с. 13. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами // М.: На ука, 1977. - 356 с. 11 80425 12 14. Патент Российской Федерации 2039711. В.И. Петрова. - Оп убл. 20.07.1995 г. Способ получения коагулянта / В.И. Захаров, Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601