СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2013 года по МПК C02F1/28 B01J20/08 

Предлагаемое изобретение относится к очистке сточных вод от растворенных примесей и может быть использовано, в частности, в пищевой и химической промышленности для очистки сточных вод предприятий.

Известен способ, в котором для очистки воды от растворенных органических веществ в воду подают суспензию мелкодисперсного порошка из активных углеродных волокнистых материалов, который адсорбирует растворенные вещества, затем порошок в ультрафильтрационных элементах отделяют от воды (RU 1799360, 28.02.1993). Очищенная вода выдается потребителю, а осадок порошка смывают с поверхности волокон ультрафильтрационного элемента и возвращают в промежуточную емкость.

Недостатком известного способа является низкая эффективность и значительная продолжительность очистки за счет использования сорбента с низкими сорбционными свойствами, его высокая стоимость, большой расход и, как следствие, высокая стоимость очистки.

Известен способ получения модифицированного сорбента, включающий осаждение гидроксида алюминия из раствора алюмината натрия, его сушку и прокаливание, при этом модифицированный сорбент получают из алюминийсодержащего сырья, в качестве которого используют отход травления алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций, путем обработки 50 г алюминийсодержащего сырья при температуре 70°С 3-7%-ным раствором гидроксида натрия в количестве 100, 125 или 150 см³ в течение 3-5 ч, полученный осадок отфильтровывают и направляют на повторную обработку гидроксидом натрия, а фильтрат, содержащий алюминат натрия, смешивают с 1-2 М раствором серной кислоты до получения рН 6,4-7,4, полученный осадок гидроксида алюминия отфильтровывают и промывают водой от ионов натрия, после чего полученный гидроксид алюминия нагревают в сушильном шкафу до температуры 200°С при скорости нагрева 10-20°С/ч и прокаливают в муфельной печи в течение 5 ч до 450°С при скорости нагрева 50°С/ч, порошкообразный оксид алюминия обрабатывают водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,019-0,022% при температуре 39-41°С и соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10, соответственно, в течение 10-12 мин и высушивают при комнатной температуре (RU 2282493 С, 27.08.2006).

Проведение очистки сточных вод данным сорбентом является низкоэффективным и по скорости проведения процесса и по его эффективности, кроме того требует большого количества сорбента.

Наиболее близким к заявленному является способ аналогичного назначения, предусматривающий введение порошкообразного сорбента и отделение его от очищенной воды отстаиванием, при этом в качестве сорбента используют мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок, являющийся отходом травления алюминийсодержащих сплавов (№2005139075 А, 20.06.2007).

Недостатком данного известного способа является низкая эффективность очитки при повышенном использовании сорбента.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности очистки сточных вод с одновременным снижением количества используемого сорбента.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе очистки сточных вод от растворенных примесей, предусматривающем введение порошкообразного сорбента, в качестве которого используют мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок, полученный из алюминийсодержащего сырья, являющегося отходом при травлении с последующим отстаиванием и отделением очищенной воды, в качестве алюминийсодержащего порошка используют порошок, полученный из алюминийсодержащего сырья, являющегося отходом при травлении алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций, путем обработки алюминийсодержащего сырья 3-7% раствором гидроксида натрия при температуре 72-80°С при соотношении алюминийсодержащего сырья к раствору гидроксида натрия по массе от 1:2 до 1:3 в течение 3-5 часов, фильтрование с получением осадка гидроксида алюминия и содержащего алюминат натрия фильтрата, смешивание фильтрата с 1-2 М раствором серной кислоты до получения рН 6,4-7,4, фильтрование с получением осадка гидроксида алюминия, промывание полученного осадка водой от ионов натрия, его сушку в сушильном шкафу до температуры 180-200°С при скорости нагрева 10-20°С/ч, прокаливание в муфельной печи в течение 5-5,5 часов до 450-475°С, при скорости нагрева 50°С/ч, обработку полученного порошкообразного оксида алюминия водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,019-0,022% при температуре 39-41°С в соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10 в течение 10-12 минут и высушивание при комнатной температуре, при этом полученный мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок вводят в сточную воду в количестве от 1,7 до 4 мг/дм³ сточной воды, последующее отстаивание осуществляют в течение 20-25 мин.

Кроме того, осадок - часть шлама, не растворившегося в гидроксиде натрия, полученный на стадии фильтрования после обработки алюминийсодержащего сырья раствором гидроксида натрия, возвращают на эту стадию для повторной обработки.

В качестве сорбента используют мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок, содержащий 95-98% Al₂O₃ (оксида алюминия), являющийся отходом травления алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций на Воронежском заводе строительных алюминиевых конструкций (ВЗСАК).

В алюминиевом производстве используют следующий способ травления.

Травление алюминиевой ленты производится в травильном растворе, представляющем 10-20%-ный раствор едкого натра (NaOH), при температуре 50-80°С на протяжении 2 мин. При травлении интенсивно выделяется водород, отделяющий с поверхности нерастворимые загрязнения. Для улучшения внешнего вида деталей и более равномерного хода травления в травильный раствор на 100 г едкого натра добавляют 20 г поваренной соли или 20-50 г фтористого натрия (NaF). После травления для осветления поверхностей деталей применяют кратковременное погружение в концентрированную или разбавленную до 50% азотную кислоту.

Отработанный травильный раствор подают в реактор для обезвреживания кислотно-щелочных растворов. Вводятся вещества, повышающие рН до 8-9, а также минеральные вяжущие. При этом все соединения тяжелых металлов связываются в виде малорастворимых гидроксидов и образуется так называемый шлам - отход травления алюминиевой ленты.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Изначально готовили порошкообразный сорбент. Для чего брали алюминийсодержащее сырье (шлам) в виде пасты влажностью 55-60% (являющееся отходом травления алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций на ВЗСАК), содержащее 95-98% Al₂O₃ (оксида алюминия), в количестве 1 кг и обрабатывали его путем добавления в него 7%-ного водного раствора гидроксида натрия (NaOH) в количестве 2 кг (дм³), перемешивали и выдерживали при температуре 72°С в течение 5 часов до полного растворения алюминия из алюминийсодержащего сырья.

Полученный промежуточный продукт фильтровали. В процессе фильтрации был получен твердый осадок и фильтрат. Полученный фильтрат содержит алюминат натрия NaAlO₂.

Фильтрат нейтрализовали 2 М раствором серной кислоты до получения рН 7,4 до выпадения осадка гидроксида алюминия (Al₂(ОН)₃).

Полученный промежуточный продукт фильтровали с отделением осадка, гидроксида алюминия (Al₂(ОН)₃), и фильтрата.

Полученный осадок промывали водой от ионов натрия.

Затем его сушили в сушильном до температуры 180°С при скорости нагрева 20°С/ч, прокаливали в муфельной печи в течение 5,5 часов до температуры 475°С при скорости нагрева 50°С/ч.

Полученный порошкообразный оксид алюминия обрабатывали водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,022% при температуре 40°С в соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10 в течение 12 минут и высушивали при комнатной температуре.

Для очистки полученным порошкообразным сорбентом брали сточную воду мясоперерабатывающего производства в количестве 1 дм³ с содержанием солей железа 0,94 мг/дм³, хлоридов - 181 мг/дм³. В сточную воду добавляли мелкодисперсный порошок алюминийсодержащего сорбента в количестве 4 мг на 1 дм³ сточной воды.

После введения сорбента воду перемешивали в течение 10 минут и отстаивали в течение 20 минут. После отстаивания брали пробу очищенной воды на анализ и определяли содержание взвешенных веществ.

В результате контакта алюминийсодержащего сорбента со сточной водой в промежуточной емкости в течение 20 мин происходит полное осаждение взвешенных частиц и удаление растворенных примесей.

Пример 2

Изначально готовили порошкообразный сорбент. Для чего брали алюминийсодержащее сырье (шлам) в виде пасты влажностью 55-60% (являющееся отходом травления алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций на ВЗСАК), содержащее 95-98% Al₂O₃ (оксида алюминия), в количестве 1 кг и обрабатывали его путем добавления в него 5%-ного водного раствора гидроксида натрия (NaOH) в количестве 2,5 кг (дм³), перемешивали и выдерживали при температуре 76°С в течение 4 часов до полного растворения алюминия из алюминийсодержащего сырья.

Полученный промежуточный продукт фильтровали. В процессе фильтрации был получен твердый осадок и фильтрат. Полученный фильтрат содержит алюминат натрия NaAlO₂.

Фильтрат нейтрализовали 1 М раствором серной кислоты до получения рН 7,0 до выпадения осадка гидроксида алюминия (Al₂(ОН)₃).

Полученный промежуточный продукт фильтровали с отделением осадка, гидроксида алюминия (Al₂(OH)₃), и фильтрата.

Полученный осадок промывали водой от ионов натрия.

Затем его сушили в сушильном до температуры 190°С при скорости нагрева 15°С/ч, прокаливали в муфельной печи в течение 5,25 часов до температуры 460°С при скорости нагрева 50°С/ч.

Полученный порошкообразный оксид алюминия обрабатывали водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,020% при температуре 40°С в соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10 в течение 10 минут и высушивали при комнатной температуре.

Для очистки полученным порошкообразным сорбентом брали сточную воду мясоперерабатывающего производства в количестве 1 дм³ с содержанием солей железа 0,94 мг/дм³, хлоридов - 181 мг/дм³. В сточную воду добавляли мелкодисперсный порошок алюминийсодержащего сорбента в количестве 2 мг на 1 дм³ сточной воды.

После введения сорбента воду перемешивали в течение 12 минут и отстаивали в течение 25 минут. После отстаивания брали пробу очищенной воды на анализ и определяли содержание взвешенных веществ.

В результате контакта алюминийсодержащего сорбента со сточной водой в промежуточной емкости в течение 25 мин происходит полное осаждение взвешенных частиц и удаление растворенных примесей.

Пример 3

Изначально готовили порошкообразный сорбент. Для чего брали алюминийсодержащее сырье (шлам) в виде пасты влажностью 55-60% (являющееся отходом травления алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций на ВЗСАК), содержащее 95-98% Al₂O₃ (оксида алюминия), в количестве 1 кг и обрабатывали его путем добавления в него 3%-ного водного раствора гидроксида натрия (NaOH) в количестве 3 кг (дм³), перемешивали и выдерживали при температуре 80 С в течение 3 часов до полного растворения алюминия из алюминийсодержащего сырья.

Полученный промежуточный продукт фильтровали. В процессе фильтрации был получен твердый осадок и фильтрат. Полученный фильтрат содержит алюминат натрия NaAlO₂.

Фильтрат нейтрализовали 2 М раствором серной кислоты до получения рН 6,4 до выпадения осадка гидроксида алюминия (Al₂(ОН)₃).

Полученный промежуточный продукт фильтровали с отделением осадка, гидроксида алюминия (Al₂(OH)₃), и фильтрата.

Полученный осадок промывали водой от ионов натрия.

Затем его сушили в сушильном до температуры 200°С при скорости нагрева 20°С/ч, прокаливали в муфельной печи в течение 5 часов до температуры 450°С при скорости нагрева 50°С/ч.

Полученный порошкообразный оксид алюминия обрабатывали водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,019% при температуре 40°С в соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10 в течение 12 минут и высушивали при комнатной температуре.

Для очистки полученным порошкообразным сорбентом брали сточную воду мясоперерабатывающего производства в количестве 1 дм³ с содержанием солей железа 0,94 мг/дм³, хлоридов - 181 мг/дм³. В сточную воду добавляли мелкодисперсный порошок алюминийсодержащего сорбента в количестве 1,7 мг на 1 дм³ сточной воды.

После введения сорбента воду перемешивали в течение 10 минут и отстаивали в течение 25 минут. После отстаивания брали пробу очищенной воды на анализ и определяли содержание взвешенных веществ.

В результате контакта алюминийсодержащего сорбента со сточной водой в промежуточной емкости в течение 25 мин происходит полное осаждение взвешенных частиц и удаление растворенных примесей.

Проводили эксперименты по сравнению эффективности предложенного способа очистки с известными, результаты которых приведены в таблице.

В результате контакта алюминийсодержащего сорбента по предложенному способу со сточной водой в промежуточной емкости в течение 20-25 мин происходит полное осаждение взвешенных частиц и удаление растворенных примесей, а в случае применения сорбента по известным ранее способам полное осаждение взвешенных частиц происходит не ранее 40 мин.

Предложенный способ, осуществляемый при указанных существенных параметрах проводимых процессов - температуры, времени, концентрации используемых веществ, позволяет по сравнению с известными способами неожиданно значительно повысить эффективность очистки сточных вод и по продолжительности, и по показателям удаления растворенных примесей (которое является наиболее полным) с одновременным снижением количества используемого сорбента.

Изобретение относится к очистке сточных вод от растворенных примесей и может быть использовано, в частности, в пищевой и химической промышленности для очистки сточных вод предприятий. Способ предусматривает введение порошкообразного сорбента, в качестве которого используют мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок, полученный из алюминийсодержащего сырья, являющегося отходом при травлении алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций, путем обработки алюминийсодержащего сырья 3-7% раствором гидроксида натрия при температуре 72-80°С при соотношении алюминийсодержащего сырья к раствору гидроксида натрия по массе от 1:2 до 1:3 в течение 3-5 часов, фильтрования с получением осадка гидроксида алюминия и содержащего алюминат натрия фильтрата, смешивания фильтрата с 1-2 М раствором серной кислоты до получения рН 6,4-7,4, фильтрования с получением осадка гидроксида алюминия, промывания полученного осадка водой от ионов натрия, его сушки в сушильном шкафу до температуры 180-200°С при скорости нагрева 10-20°С/ч, прокаливания в муфельной печи в течение 5-5,5 часов до 450-475°С при скорости нагрева 50°С/ч, обработки полученного порошкообразного оксида алюминия водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,019-0,022% при температуре 39-41°С в соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10 в течение 10-12 минут и высушивания при комнатной температуре. Полученный мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок вводят в сточную воду в количестве от 1,7 до 4 мг/дм³ сточной воды с последующим отстаиванием в течение 20-25 мин и отделением очищенной воды. Изобретение позволит повысить эффективность очистки сточных вод с одновременным снижением количества используемого сорбента. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ очистки сточных вод от растворенных примесей, предусматривающий введение порошкообразного сорбента, в качестве которого используют мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок, полученный из алюминийсодержащего сырья, являющегося отходом при травлении, с последующим отстаиванием и отделением очищенной воды, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащего порошка используют порошок, полученный из алюминийсодержащего сырья, являющегося отходом при травлении алюминиевой ленты в производстве алюминиевых конструкций, путем обработки алюминийсодержащего сырья 3-7%-ным раствором гидроксида натрия при температуре 72-80°С при соотношении алюминийсодержащего сырья к раствору гидроксида натрия по массе от 1:2 до 1:3 в течение 3-5 ч, фильтрования с получением осадка гидроксида алюминия и содержащего алюминат натрия фильтрата, смешивания фильтрата с 1-2 М раствором серной кислоты до получения рН 6,4-7,4, фильтрования с получением осадка гидроксида алюминия, промывания полученного осадка водой от ионов натрия, его сушки в сушильном шкафу до температуры 180-200°С при скорости нагрева 10-20°С/ч, прокаливания в муфельной печи в течение 5-5,5 ч до 450-475°С при скорости нагрева 50°С/ч, обработки полученного порошкообразного оксида алюминия водным раствором ПАВ ОП-10 с концентрацией 0,019-0,022% при температуре 39-41°С в соотношении оксида алюминия и раствора ПАВ 1:10 в течение 10-12 мин и высушивания при комнатной температуре, при этом полученный мелкодисперсный алюминийсодержащий порошок вводят в сточную воду в количестве от 1,7 до 4 мг/дм³ сточной воды, последующее отстаивание осуществляют в течение 20-25 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок - часть шлама, не растворившегося в гидроксиде натрия, полученный на стадии фильтрования после обработки алюминийсодержащего сырья раствором гидроксида натрия, возвращают на эту стадию для повторной обработки.