СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2005 года по МПК C02F1/52 C02F1/56 B01D21/01 C02F103/02 

Предлагаемое изобретение относится к способам очистки природных и сточных вод и может быть использовано в энергетической, химической промышленности и во всех отраслях народного хозяйства страны, где работают энергетические установки химводоподготовки и очистки сточных вод.

Природная вода содержит различные примеси: взвешенные и коллоидные вещества, растворенные минеральные и органические соединения, микроорганизмы и т.п.

Типовая схема водоподготовки включает в себя операции осветления с известкованием, коагуляцией, механической фильтрацией на зернистом материале, глубокое умягчение или обессоливание и обескремнивание ионно-обменным способом.

Известен химический способ очистки воды путем обработки ее коагулянтом - сульфатом алюминия и флокулянтом - полиакриламидом в аппаратах - осветлителях с взвешенным слоем осадка. Данный способ нашел широкое применение в отечественной промышленности и за рубежом в процессах химводоподготовки и описан в патентах и авторских свидетельствах (Пат. ФРГ №2538623, С 02 В 1/20, 1977; а.с. СССР №1301785, 1987).

Наиболее близким аналогом является способ очистки путем коагуляции примесей воды сернокислым алюминием в осветлителях со взвешенным слоем осадка в присутствии флокулянта полиакриламида с последующей фильтрацией на механических фильтрах (а.с. СССР №1301784, С 02 В 1/20, 1987) - прототип.

Данный способ обеспечивает высокую степень очистки природной воды от примесей примерно на 84-86%.

Недостатком способа является низкая производительность осветлителей. При их объеме в 900 м производительность равна 150-200 м³/час.

Задачей изобретения является повышение производительности существующих аппаратов и увеличение выпуска очищенной воды.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки природных и сточных вод, включающем очистку воды коагулянтами - соединениями алюминия и флокулянтом - полиакриламидом, в качестве осадителя - карбоната кальция, используют отход производства азотно-фосфорных минеральных удобрений.

Коагуляция примесей воды является важнейшим этапом в технологии очистки воды и всегда применяется вместе с отстаиванием и фильтрованием осадков.

Коагулянты, введенные в воду, нарушают устойчивость коллоидных и тонкодисперсных суспензий, способствуют их быстрому осаждению благодаря адгезионным свойствам образующихся хлопьев гидроксидов и их противоположному электрическому заряду. Существенное значение имеет вид применяемого коагулянта, его химический состав и посторонние примеси в товарном продукте.

Известен коагулянт для получения высокой степени очистки воды состава: 5-15% окиси алюминия, 5-40% двуокиси кремния, 3-12% трехокиси железа, 15-70% окиси кальция, 0,1-0,2% окиси магния (патент США №3827984, 1974).

Применение данного коагулянта позволяет получить питьевую воду при очистке природной воды, а при очистке сточной воды - возвращение сточной воды потребителю.

Изучение шламов, образующихся в процессе очистки природной воды в осветлителях, показало, что они имеют состав: 23% окиси алюминия, 25,5% двуокиси кремния, 3,6% трехокиси железа, 2,3% окиси кальция, 0,3% окиси магния, 40% органических примесей.

Как видно, по содержанию окиси алюминия, двуокиси кремния, трехокиси железа, окиси магния состав шламов близок к составу коагулянта для очистки воды. В шламах осветлителя отмечено низкое содержание окиси кальция, примерно в 10 раз.

При обычно используемых дозах коагулянтов степень пересыщения воды малорастворимыми продуктами гидролиза соответствует метастабильной зоне, где энергия пересыщения может оказаться недостаточной для возникновения зародышей твердой фазы. Поэтому внесение искусственных замутнителей, частицы которых играют роль дополнительных центров коагуляции продуктов гидролиза, способствует ускорению процесса коагуляции примесей при очистке маломутных вод.

Наиболее распространенные замутнители - это глины: монтмориллонит, бентонит, палыгорсит и др. Вторым по значимости замутнителем является карбонат кальция, который облегчает хлопьеобразование за счет создания дополнительных центров коагуляции твердой фазы, особенно важного для маломинерализованных вод, а также для формирования железо-алюмокальциевых комплексов.

Карбонат кальция дозируют в виде тонкодисперсного порошка от 12-18 до 240 мг/л. (Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука. 1977).

Анализ способа очистки воды показывает, что для обеспечения полноты осаждения примесей при очистке маломутных вод необходимо добавление соединений кальция.

С целью интенсификации процесса очистки воды от примесей экономичным способом, не требующим больших денежных затрат, нами предлагается в процессе очистки природных вод сульфатом алюминия и полиакриламидом добавлять карбонат кальция - отход производства минеральных удобрений с содержанием карбонатов кальция и магния 90-95%.

Предлагаемый способ позволяет при незначительных затратах, связанных с подачей готового реагента в процесс, добиться высокой степени очистки природной воды, а также повышения производительности осветлителей.

Примеры.

Природную воду обрабатывали карбонатом кальция - отходом цеха азофоски - в сухом виде или в виде суспензии или совместно с коагулянтом сульфатом алюминия по предлагаемому способу, а затем воду обрабатывали раствором сульфата алюминия и полиакриламида по существующей технологии.

Состав карбоната кальция - отхода производства азотно-фосфорных удобрений, %:

карбонат кальция + карбонат магния 90-93, вода 0,2, стронций 1,5, нитрат аммония 0,2-1,5, фосфаты 0,02-1,00, окись железа 0,05-0,11, фториды 0,08-0,50.

Расход карбоната кальция зависит от степени мутности воды. Результаты очистки природной воды с добавлением различного количества карбоната кальция - отхода цеха азофоски - представлены в табл. 1, расход полиакриламида был равен 50 мг/л.

Таблица 1.
Влияние добавок карбоната кальция - отхода производства азотно-фосфорных удобрений - на показатели процесса осветления водыРасход, мг/л Концентрация компонентовКоагулянтакарбоната кальциярНщелочность, мг-экв/лсолей жесткости г, мг-экв/локисляе-мость, мг О/лсульфат-иона, мг/л10005.760.12.64.4871100255.760.12.84.4050100505.800.12.93.8456100755.800.12.93.81501001005.900.12.93.8050

Проведенные исследования показывают положительное влияние карбоната кальция на снижение окисляемости природной воды и концентрации сульфат - иона. Карбонат кальция способствует увеличению удельного веса осадка, образующегося при осветлении воды, увеличении скорости осаждения и более быстрому разделению твердой и жидкой фаз.

На графике приведена зависимость содержания остаточной мутности в осветленной воде (мг/л) от производительности лабораторной установки непрерывного действия (мл/мин), где:

I - стандартный режим;

II - режим по заявленному способу - в присутствии карбоната кальция.

На графике убедительно показано повышение производительности лабораторной установки по отделению скоагулированных шламов в присутствии карбоната кальция - отхода производства азотно-фосфорных удобрений - на 51,6-76,5%.

Карбонат кальция относится к труднорастворимым соединениям кальция. Растворимость карбоната кальция равна 7×10^-5 моль/л, или 7×10^-3г/л, или 7×10^-6 мг/л.

Сульфат кальция также является труднорастворимой солью. Растворимость сульфата кальция равна 8×10^-3 моль/л, или 0,96 г/л, или 9,6×10^-4 мг/л. Как видно, при температуре 20°С растворимость карбоната кальция на два порядка ниже растворимости сульфата кальция.

Карбонат кальция, полученный в качестве отхода производства минеральных удобрений, является более чистым продуктом, чем природный известняк, так как при образовании карбонатных пород в естественных условиях сопутствующими примесями могут быть различные минералы, которые при использовании известняка могут растворяться и переходить в жидкую фазу или не растворяться, оставаясь в твердой фазе.

В производстве минеральных удобрений карбонат кальция получают осаждением из растворов, сопутствующими примесями такого карбоната кальция могут быть те элементы, которые образуют с карбонат-ионом нерастворимые соединения.

В процессе очистки природной воды в присутствии осадителя - карбоната кальция - отхода производства азотно-фосфорных удобрений все примеси будут оставаться в осадке в виде труднорастворимых в воде карбонатных соединений.

Предлагаемый способ позволяет при незначительных затратах, связанных с подачей готового реагента в процесс, добиться высокой степени очистки природной воды, а также повышения производительности осветлителей, что необходимо для производства, так как увеличивается объем очищенной воды высокого качества при прежних затратах.

Изобретение относится к реагентным способам очистки природных и сточных вод и может быть использовано в энергетической, химической промышленности, а также в других отраслях промышленности, где работают установки химводоподготовки и очистки сточных вод. Предложенный способ очистки включает обработку воды коагулянтами - соединениями алюминия и флокулянтом - полиакриламидом, а также осадителем, причем в качестве осадителя используют отход производства азотно-фосфорных удобрений, содержащий 90-95% карбонатов кальция и магния. Способ обеспечивает повышение производительности аппаратуры и увеличение выпуска очищенной воды. 1 ил., 1 табл.

Способ очистки природных и сточных вод, включающий очистку воды коагулянтами-соединениями алюминия и флокулянтом-полиакриламидом, отличающийся тем, что в качестве осадителя используют отход производства азотно-фосфорных удобрений, содержащий 90-95% карбонатов кальция и магния.