СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2011 года по МПК C02F9/04 C02F1/66 C02F1/06 C08G75/14 C02F101/30 C02F103/38 

Изобретение относится к области химии, в частности к утилизации сточных вод от производства полисульфидных полимеров.

Известен способ очистки сточных вод от хлорорганических соединений, которые подвергают обработке раствором тетрасульфида натрия. Реакцию ведут в присутствии межфазного катализатора - бензилтриэтиламмоний хлорида в количестве 0,1 мас.% к объему сточной воды и при последующем смешивании реакционной массы с раствором - маточником производства гипохлорита кальция, содержащим активный хлор. Процесс очистки сточных вод ведут при температуре 20-50°С. В результате такого взаимодействия образуется серосодержащий полимерный твердый продукт типа тиоколового каучука, легко отделяемый простым фильтрованием. Твердый осадок может быть утилизирован захоронением на полигоне твердых отходов или рециклирован в качестве герметика после дополнительного модифицирования. (Патент RU №2187464 С2 на изобретение «Способ очистки сточных вод от хлорорганических соединений». - МПК⁷: C02F 1/70, C02F 103/36. - 20.08.2002). Недостатком известного способа является использование тетрасульфида натрия в качестве реагента, избыток которого впоследствии необходимо подвергать разложению, что усложняет технологический процесс утилизации. Другим недостатком является использование дорогостоящего катализатора - бензилтриэтиламмоний хлорида, а наличие полимерных отходов, требующих захоронения, приводит к загрязнению окружающей среды.

Известен способ очистки сточных вод производства полисульфидных олигомеров, заключающийся в том, что к щелочным сточным водам добавляют при перемешивании кислую сточную воду, отделяют выделившуюся дисперсию низкомолекулярного полимера, после чего проводят разложение серосодержащих солей серной кислотой, при котором выделяется сера и образуется раствор солей, содержащий, главным образом, сульфат и хлорид натрия (Сватиков В.П., Струков Ф.И., Некрицухина Э.Ф. Разработка физико-химического способа локальной очистки сточных вод производства тиокола. / Ж. Промышленность СК. - М. ЦНИИТЭнефтехим, 1973, №3. - с.12-14). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что локальная очистка, позволяя снизить значение показателя химического поглощения кислорода (ХПК), приводит к увеличению содержания в них общего количества минеральных солей и других отходов производства, которые требуют захоронения, тем самым приводят к загрязнению окружающей среды.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка экономичного и малоотходного способа утилизации сточных вод производства полисульфидных полимеров с возможностью их рециклирования, позволяющего исключить значительные производственные затраты на утилизацию отходов и повысить экологическую безопасность производства.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение экологической безопасности производства полисульфидных полимеров.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации сточных вод, образовавшихся на различных стадиях синтеза полисульфидных полимеров, включающем очистку сточных вод путем смешения щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты, отстой смешанного водного раствора до образования двухфазной дисперсной системы с выпадением осадка суспензии низкомолекулярного полимера, которую отделяют от водного солевого раствора и направляют на утилизацию, согласно предложенному техническому решению,

оставшийся водный солевой раствор упаривают до 0,5÷0,6 объема и разделяют на смесь солей и концентрированную сточную воду, последнюю рециклируют на стадию синтеза тетрасульфида натрия, а смесь солей разделяют на тиосульфат и хлорид натрия, которые утилизируют отдельно друг от друга;

смешение щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты осуществляют до получения водного солевого раствора с рН=9,7÷10,0.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа утилизации сточных вод, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На приведенном чертеже показана схема технологического процесса утилизации сточных вод, образовавшихся на различных стадиях синтеза полисульфидных полимеров.

Сущность предложенного способа утилизации сточных вод заключается в следующем.

Утилизация сточных вод, образовавшихся на различных стадиях синтеза полисульфидных полимеров, включает очистку сточных вод путем смешения щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты до получения смешанного водного раствора со значением водородного показателя рН=9,7÷10,0, отстой смешанного водного раствора до образования двухфазной дисперсной системы с выпадением осадка суспензии низкомолекулярного полимера, которую отделяют от водного солевого раствора и направляют на утилизацию, а водный солевой раствор упаривают до 0,5÷0,6 объема посредством отгонки воды под воздействием вакуума и путем фильтрации разделяют на смесь солей и концентрированную сточную воду, последнюю вместе с конденсатом направляют на рециклирование, а смесь солей - на утилизацию.

Утилизацию суспензии низкомолекулярного полимера осуществляют переработкой ее до получения полисульфидного олигомера последовательным выполнением операций расщепления, коагуляции, отмывки и сушки. На стадии расщепления суспензии низкомолекулярного полимера в нее добавляют сульфит натрия, после чего реакционную массу перемешивают с нагреванием, в которую затем добавляют гидросульфид натрия. Расщепленный полимер коагулируют разбавленной серной кислотой с 15-процентной концентрацией до значения водородного показателя среды рН=3,5÷4,0. Сушку полисульфидного олигомера выполняют в вакууме с остаточным давлением не свыше 0,1 КПа. Полученный полисульфидный олигомер может быть применен в производстве полисульфидных герметиков, используемых в строительстве.

Рециклирование концентрированной сточной воды и конденсата осуществляют на стадии синтеза тетрасульфида натрия в процессе производства полисульфидных полимеров. Утилизацию смеси солей осуществляют разделением ее на тиосульфат и хлорид натрия посредством перекристаллизации, при этом после дополнительной очистки тиосульфат натрия может быть использован в фотопромышлености, а хлорид натрия - в электролизном производстве химической промышленности.

Примеры осуществления способа утилизации сточных вод

Пример 1. В химический стакан объемом 3 дм³ помещали 1 дм³ щелочной воды, отделенной от суспензии полисульфидного полимера после выполнения стадии поликонденсации, содержащей Na₂S_2,5 - 0,65 моль/дм³, Na₂S₂O₃ - 205 г/дм³, NaCl - 230 г/дм³, низкомолекулярный полисульфидный полимер - 28,5 г/дм³. Содержимое стакана перемешивали и через капельную воронку в стакан постепенно добавляли кислую сточную воду после производства полисульфидного полимера, полученную после выполнения стадии коагуляции, следующего состава: Na₂S₂O₃ - 30 г/дм³, NaHSO₃ - 3,5 г/дм³, NaHSO₄ - 22 г/дм³, MgSO₄ - 3,2 г/дм³, до получения смешанного водного раствора со значением рН=9,7÷10,0. Смешанному раствору дали отстоятся в течение 1,5-2,0 ч, в результате чего выпал осадок суспензии низкомолекулярного полимера. Верхний слой, представляющий собой раствор солей: Na₂S_2,5 - 0,26 моль/дм³, Na₂S₂O₃ - 155 г/дм³, NaCl - 122 г/дм³, слили декантацией, а нижний слой, представляющий суспензию низкомолекулярного полимера, направили на рециклирование.

Слитый верхний слой водного солевого раствора объемом 1,58 дм³ поместили в стакан объемом 1 дм³, снабженный мешалкой, в котором раствор упаривали до 0,8 дм³ путем перемешивания и нагревания, после чего полученный раствор фильтровали. В результате получилось 185 г осадка, содержащего NaCl - 46,7%, Na₂S₂O₃·5H₂O - 52,9%, и 0,5 дм³ фильтрата, содержащего Na₂S_x - 1,5 моль/дм³, Na₂S₂O₃ - 1,1 моль/дм³, NaCl - 41,8 г/дм³. Фильтрат рециклируется на стадии получения раствора тетрасульфида натрия для синтеза полисульфидных олигомеров.

Суспензию низкомолекулярного полимера поместили в круглодонную колбу объемом 0,5 дм³, снабженную мешалкой и термометром, добавили в нее 18 г сульфита натрия и полученную реакционную массу перемешивали при нагревании до температуры 80±2°С, после чего добавили 10 см³ гидросульфида натрия с концентрацией 350 г/дм³ и проводили реакцию расщепления в течение 30±5 мин. Расщепленный полимер коагулировали разбавленной серной кислотой (с ~15%) до рН=3,5-4,0, отмывали водой до нейтральной среды и сушили в вакууме (остаточное давление не более 0,1 КПа). В результате получили 25,2 г полисульфидного полимера с содержанием сульфгидрильных групп 3,5%.

Пример 2. Утилизацию сточных вод проводили аналогично примеру 1, только вместо кислой сточной воды использовали разбавленную 10% серную кислоту. В результате очистки 1 дм³ щелочной сточной воды получили 23,8 г полисульфидного полимера с содержанием сульфидных групп 3,9%, 168 г осадка солей, содержащего NaCl - 41,8%, Na₂S₂O₃·5H₂O - 57,4%, и 0,45 дм³ фильтрата в составе Na₂S_x - 1,62 моль/дм³, Na₂S₂O₃ - 1,05 моль/дм³, NaCl - 37,4 г/дм³.

Приведенные примеры выполнения утилизации сточных вод синтеза полисульфидных полимеров показывают, что заявленный способ утилизации сточных вод прост по технологическому исполнению, позволяет создать безотходное производство полисульфидных полимеров, тем самым повысить экологическую безопасность.

Изобретение может быть использовано при очистке сточных вод производства полисульфидных полимеров. Способ утилизации сточных вод, образовавшихся на различных стадиях синтеза полисульфидных полимеров, включает смешение щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты, отстаивание смешанного водного раствора до образования двухфазной дисперсной системы с выпадением осадка суспензии низкомолекулярного полимера, отделение осадка от водного солевого раствора и направление осадка на утилизацию. Оставшийся водный солевой раствор упаривают до 0,5÷0,6 объема и разделяют на смесь солей и концентрированную сточную воду, которую рециклируют на стадию синтеза тетрасульфида натрия. Смесь солей разделяют на тиосульфат и хлорид натрия и утилизируют отдельно друг от друга. В предпочтительном варианте осуществления способа смешение щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты осуществляют до получения водного солевого раствора с рН=9,7÷10,0. Способ обеспечивает экономичный и малоотходный процесс утилизации сточных вод при повышении экологической безопасности производства полисульфидных полимеров. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ утилизации сточных вод, образовавшихся на различных стадиях синтеза полисульфидных полимеров, включающий очистку сточных вод путем смешения щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты, отстоя смешанного водного раствора до образования двухфазной дисперсной системы с выпадением осадка суспензии низкомолекулярного полимера, которую отделяют от водного солевого раствора и направляют на утилизацию, отличающийся тем, что оставшийся водный солевой раствор упаривают до 0,5÷0,6 объема и разделяют на смесь солей и концентрированную сточную воду, последнюю рециклируют на стадию синтеза тетрасульфида натрия, а смесь солей разделяют на тиосульфат и хлорид натрия, которые утилизируют отдельно друг от друга.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение щелочной сточной воды, кислой сточной воды и/или разбавленной серной кислоты осуществляют до получения водного солевого раствора с рН 9,7÷10,0.