СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЕМОВ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/28 C02F1/52 C02F1/62 

Изобретение относится к технологии очистки вод поверхностных водоемов, загрязненных тяжелыми металлами, а также нефтью, нефтепродуктами и др. органическими веществами.

Известны способы очистки загрязненных вод путем внесения сорбента, например порошкообразного активированного угля, и коагулянта в виде электролитов в очищаемую воду. Порошкообразный уголь в количестве 240-600 мг/л смешивают с очищаемой водой, затем добавляют электролиты, после чего уголь отделяют от воды в отстойнике со взвешенным фильтром, см., например, Davies and Kaplan. Activated Carbon treatment. The American City, 1965, p. 787.

Недостатком этого способа является его малая эффективность в условиях очистки вод в водоемах, поскольку сорбент и коагулянт ввиду седиментации не успевают прореагировать с основной массой загрязнителей. Осуществить же перемешивание сорбента и коагулянта в большом объеме очищаемой воды практически невозможно.

Известны также способы очистки загрязненных вод путем внесения угольного сорбента и коагулянтов в виде сульфата железа и полимеров с последующей очисткой в аэротенках. В дальнейшем сорбент и коагулянты удаляют в осветлителе контактного типа, после чего воду пропускают через песчаные фильтры, см., например, Beebe and Stevens. Activated Carbon System for Wastewater Renovation. Water and Engineering. January, 1967, p. 43.

Этот способ позволяет обеспечить более высокую степень очистки, однако ему в большой степени присущи недостатки описанного выше способа очистки. Кроме того, он значительно более дорогостоящий.

Известен способ очистки загрязненных вод поверхностных водоемов путем внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя, см. Е. Д. Бабенков. Воду очищают коагулянты. М.: Знание, 1983, с. 45-50. В качестве сорбентов используют сульфаты алюминия, железа, известковое молоко. Флокулянтами в данном способе являются водорастворимые линейные полимеры: гели полимеризованной кремниевой кислоты, высшие полисахариды и полиальгинаты, частично гидролизованный полиакриламид, виниловый спирт и др. природные и синтетические вещества. В качестве минеральных замутнителей применяют глины, тонкоизмельченные глинистые сланцы, кальцит, магнетит. Их добавляют в обрабатываемую воду в виде порошков или суспензий из расчета 10-80 мг на литр воды.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения. Этот способ более эффективен по сравнению с вышеописанными аналогами и может быть использован в условиях открытых водоемов.

Однако недостатком этого способа является сложность его реализации в виду необходимости последовательного внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя. Это ведет к раздельному осаждению реагентов и снижает эффективность их взаимодействия с загрязнителями. Кроме того, данный способ предусматривает перемешивание вносимых компонентов с очищаемой водой, что усложняет и удорожает его осуществление. Следует также указать, что используемые при реализации способа реагенты имеют высокую стоимость и дефицитны.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания такого способа очистки загрязненных вод поверхностных водоемов, который был бы более эффективным и менее сложным в реализации и обеспечивал бы снижение затрат.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе очистки вод, загрязненных неорганическими веществами, например тяжелыми металлами, и органическими веществами, например нефтепродуктами, путем внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя в качестве сорбента и минерального замутнителя вносят смесь гидролизованных грубо- и тонкодисперсных алюмосиликатов в соотношении между ними от 1:1 до 2:1 в количестве 20-900 мг/л, в качестве флокулянта вносят коллоидно-дисперсные алюмосиликаты в количестве 1-100 мг/л, а в качестве коагулянта вносят композицию молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния в суммарном количестве 1-80 мг/л; вносимые в загрязненную воду вещества предварительно разводят водой до состояния суспензии.

Заявителем не установлены какие-либо технические решения, признаки которых идентичны заявленному изобретению. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы изобретения) обеспечивает появление у объекта новых свойств (технический эффект), которые состоят в следующем. Гидролизованные алюмосиликаты, выведенные в результате гидролиза в метастабильное состояние, представляют собой химически активные минеральные матрицы, которые согласно принципу Ле Шателье стремятся вернуться в исходное стабильное состояние. При этом происходит процесс восстановительного минералообразования, в который вовлекаются все виды загрязнителей, что и обусловливает необратимое хемосорбционное их закрепление на алюмосиликатных минеральных матрицах. Присутствие коллоидно-дисперсных алюмосиликатов обеспечивает ускоренную флокуляцию дисперсных фаз - взвешенных твердых и коллоидных частиц и последующую их интенсивную седиментацию. Вносимая композиция молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния обеспечивает коагуляцию ионно- и молекулярно-растворимых форм загрязнителей и соответственно их флокуляцию и седиментацию. В предложенном способе обеспечивается возможность одновременного внесения в очищаемую воду всех компонентов, что исключает необходимость их раздельного последовательного перемешивания с очищаемой водой, предотвращает их раздельное осаждение и повышает эффективность процесса очистки до 95-99% и выше. Кроме того, заявленное изобретение предусматривает использование дешевого природного сырья.

Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Реализация предложенного способа поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Вода в заводском пожарном водоеме загрязнена тяжелыми металлами и нефтепродуктами. Для очистки загрязненной воды внесена суспензия, содержащая
- смесь гидролизованных грубодисперсных и тонкодисперсных алюмосиликатов в весовом соотношении 1:1 в количестве 60 мг/л;
- коллоидно-дисперсные алюмосиликаты в количестве 15 мг/л;
- композицию молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция и магния в суммарном количестве 3 мг/л.

Суспензия равномерно распределялась по поверхности водоема с помощью дождевальной установки, при этом происходило равномерное замутнение всего объема очищаемой воды. Осветление замутненной воды произошло в течение трех часов. На дне водоема в результате седиментации взвешенных частиц сформировался коллоидно-дисперсный осадок серо-белого цвета, включающий хемосорбционно поглощенные загрязнители. Исследование указанного осадка выявило отсутствие десорбции из него загрязнителей.

Концентрации загрязнителей до и после очистки воды приведены в табл. 1.

Пример 2.

Вода шламохранилища с размерами 100х200 м загрязнена тяжелыми металлами и нефтепродуктами (масла, мазут, СПАВ). Для очистки загрязненной воды внесена суспензия, содержащая
- смесь гидролизованных грубодисперсных и тонкодисперсных алюмосиликатов в весовом соотношении 2:1 в количестве 700 мг/л;
- коллоидно-дисперсные алюмосиликаты в количестве 90 мг/л;
- композицию молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния в суммарном количестве 70 мг/л.

Суспензия распределялась равномерно в отстоявшемся слое воды шламохранилища с помощью насосов из четырех противоположных точек по его контуру. Благодаря этому обеспечивалось достаточно равномерное замутнение очищаемой воды. Осветление произошло в течение пяти часов. В результате седиментации сформировался на границе раздела жидкой и вязкопластичной фаз шламохранилища слой коллоидно-дисперсного осадка светло-серого цвета. Этот слой изолировал очищенную воду от загрязненного вязкопластичного шлама. Очищенную воду слили и затем использовали для хозяйственных нужд. Концентрации загрязнителей до и после очистки воды приведены в табл. 2.

Расход вносимых в загрязненную воду очищающих веществ должен в 7-16 раз превышать суммарное содержание загрязнителей. Предложенный способ реализуется с помощью типового оборудования с применением широко распространенных природных и недефицитных местных материалов. Это позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Способ предназначен для очистки вод поверхностных водоемов, загрязненных неорганическими веществами, в частности тяжелыми металлами, и органическими веществами, например нефтепродуктами, путем внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя. В качестве сорбента и минерального замутнителя вносят смесь гидролизованных грубо- и тонкодисперсных алюмосиликатов, в качестве флокулянта вносят коллоидно-дисперсные алюмосиликаты, а в качестве коагулянта вносят композицию молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция и магния в суммарном количестве. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки загрязненных вод. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ очистки вод поверхностных водоемов, загрязненных неорганическими веществами, например тяжелыми металлами, и органическими веществами, например нефтепродуктами, путем внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя, отличающийся тем, что в качестве сорбента и минерального замутнителя вносят смесь гидролизованных грубо- и тонкодисперсных алюмосиликатов в соотношении между ними 1 : 1 - 2 : 1 в количестве 20 - 900 мг/л, в качестве флокулянта вносят коллоидно-дисперсные алюмосиликаты в количестве 1 - 100 мг/л, а в качестве коагулянта вносят композицию молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния в суммарном количестве 1 - 80 мг/л. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вносимые в загрязненную воду вещества предварительно разводят водой до состояния суспензии.