СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ФОСФАТОВ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/58 C02F1/28 C01B25/32 B01J20/24 C02F101/10 

Изобретение относится к способам очистки фосфатсодержащих сточных вод и может быть использовано для очистки стоков от фосфатов в различных отраслях промышленности.

Известен способ очистки фосфатсодержащих сточных вод, включающий обработку воды сульфатом магния, нейтрализацию воды в присутствии солей аммония, осаждение фосфатов в виде малорастворимого фосфата магния с последующим отделением осадка (а.с. №856985, C02F 1/58, опубл. 23.08.81).

Недостатками способа являются большая длительность процесса, его сложность, значительная остаточная концентрация фосфатов в очищенной воде.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ очистки сточных вод от фосфатов, включающий обработку воды гидроксидом кальция в присутствии минеральной добавки с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфата кальция, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки. В качестве минеральной добавки используют фосфатный шлак - отход процесса электротермической возгонки фосфора (SU. №1339093, C02F 1/58, опубл. 23.09.87).

Недостатком способа является значительная загрязненность продуктов очистки - частиц трикальцийфосфата - посторонними примесями, содержащимися в фосфатном шлаке.

Новыми результатами при использовании предлагаемого способа являются упрощение процесса отделения твердых продуктов очистки от очищенной воды, а также обеспечение возможности получать и утилизировать продукты очистки с чистым трикальцийфосфатом.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе очистки сточных вод от фосфатов, включающем обработку воды гидроксидом кальция с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц трикальцийфосфата, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки, согласно изобретению, обработку ведут в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с образованием твердых продуктов очистки в виде композиционного материала, состоящего из этих волокон с прочно сорбированными ими химически осажденными частицами трикальцийфосфата в количестве 100-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон, а выведение композиционного материала ведут напорной флотацией с образованием флотошлама. Волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³. Часть флотошлама можно возвращать в процесс очистки. Выводимый из процесса флотошлам перерабатывают.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят дисперсию целлюлозных волокон (ЦВ), например, с их концентрацией 1%, а также суспензию гидроксида кальция с концентрацией, например, 10%. Для приготовления дисперсии используют волокна, содержащие, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм. Очистку проводят в установке, содержащей смеситель, реактор, сатуратор и флотатор. В проточный смеситель подают сточную воду и дисперсию ЦВ в количестве, обеспечивающем концентрацию волокон в воде в диапазоне 40-150 мг/дм³. Полученную дисперсию из смесителя подают в проточный реактор, в который подают также суспензию гидроксида кальция в количестве, стехиометрически равном содержанию в сточной воде фосфатов. В результате реакции ионов кальция и фосфата образуются нерастворимые в воде частицы трикальцийфосфата, которые под действием сил стяжения прочно сорбируются целлюлозными волокнами с образованием композиционного материала в виде волокнистой дисперсии.

Целлюлозные волокна в воде без перемешивания в 10-20 сек образуют флоккулы и хлопья. Волокна и эти образования из них хорошо удерживают мелкие пузырьки воздуха и поэтому легко поддаются флотированию. Такими же свойствами обладают волокна с сорбированными ими частицами трикальцийфосфата. Поэтому для выведения твердых продуктов очистки целесообразно использовать метод флотации, например, напорной флотации.

Волокнистую дисперсию из реактора направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом под давлением, например, 2-3 атм, и подают в водораспределитель в камере флотатора. Давление снижается до нормального, растворенный в воде воздух выделяется в виде мелких пузырьков, которые захватывают быстро образующиеся флоккулы и хлопья и выносят их к поверхности воды в камере флотатора. Образующийся флотошлам отбирают с поверхности воды, например, черпаками, и подают на переработку. Часть флотошлама в некоторых случаях в установившемся режиме очистки возвращают в смеситель.

Флотошлам содержит, в расчете на сухие вещества, от 100 до 300 мас.ч. трикальцийфосфата на 100 мас.ч. волокон. Емкость волокон сорбента намного выше 300 мас.ч. на 100 мас.ч. волокон, однако при более высокой величине этого соотношения возникают осложнения при обезвоживании флотошлама вследствие резкого увеличения водоудержания композиционным материалом.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. Очищают воду с содержанием фосфора в составе фосфатов 8 мг/дм³. Готовят суспензию гидроксида кальция с концентрацией 10%. В смесителе в воде диспергируют целлюлозные волокна (ЦВ) при их расходе 40 мг/дм³. Дисперсию подают в реактор и добавляют в нее гидроксид кальция в количестве, стехиометрически равном содержанию в воде фосфата (1,94 мас.ч. Ca на 1 мас.ч. Р). Образующиеся в результате реакции ионов кальция и фосфата нерастворимые частицы Са₃(РО₄)₂ прочно сорбируются на ЦВ. Композиционный продукт очистки состоит, в расчете на 1 дм воды, из 40 мг ЦВ и 40,05 мг Са₃(РО₄)₂, или же 100,15 мас.ч. на 100 мас.ч. ЦВ. Суспензию подают в сатуратор, насыщают ее воздухом при давлении 2 атм и подают во флотатор. Взвешенные вещества флотируются к поверхности воды во флотаторе и накапливаются с образованием слоя флотошлама. Его выводят из флотатора, например, с использованием черпака или переливом. Поскольку полная емкость сорбента значительно выше поглощенного в этом цикле очистки количества трикальцийфосфата, в начальный период работы очистной системы весь флотошлам в качестве сорбента равномерно подают в смеситель. В каждом цикле на одной и той же порции ЦВ сорбируются 40,05 мг Са₃(РО₄)₂. Полное рециркулирование флотошлама продолжают до достижения соотношения в продукте очистки трикальцийфосфат: целлюлозное волокно, равного, например, 100:40, или 250:100 (в мас.ч.). С этого момента подачу флотошлама снижают, например, до 30 мг/дм³ воды, и начинают подавать свежий сорбент в количестве, например, 10 мг/дм³. В установившемся режиме остальную часть флотошлама с соотношением 280-300:100 выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 2. Очищают воду с содержанием фосфора в составе фосфатов 30 мг/дм³. Целлюлозное волокно расходуют в количестве 100 мг/дм³. При очистке образуются ~250 мг продуктов в виде композиционного материала при соотношении в нем трикальцийфосфат:ЦВ = 150:100 (в мас.ч.). Флотошлам выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 3. Очищают воду с содержанием фосфора 60 мг/дм³. Целлюлозное волокно расходуют в количестве 150 мг/дм³. При очистке образуются 450 мг продуктов при соотношении трикальцийфосфат:ЦВ = 200:100. Флотошлам полностью выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 4. Подлежащая очистке вода содержит фосфор в составе фосфата в количестве 300 мг/дм³. Воду разбавляют до содержания фосфора 60 мг/дм³ и разбавленную воду очищают в условиях, аналогичных использованным в примере 3, с получением аналогичных результатов. Для разбавления исходной воды используют очищенную воду.

Во всех примерах в очищенной воде фосфаты не обнаруживаются.

Флотошлам, состоящий из Са₃(РО₄)г и целлюлозных волокон (клетчатки), обезвоженный известными методами, высушенный и размолотый, можно использовать в кормовых смесях для скота и птицы, для очистки сахарного сиропа, для приготовления зубных паст и порошков, «мягких» абразивов и др.

Изобретение может быть использовано для очистки фосфатсодержащих сточных вод. Для осуществления способа проводят обработку сточной воды гидроксидом кальция с образованием нерастворимых частиц трикальцийфосфата и выводят из обработанной воды твердые продукты очистки. При этом обработку ведут в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, в количестве 100-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон. Выведение композиционного материала ведут напорной флотацией с образованием флотошлама. В предпочтительном варианте волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³. При проведении напорной флотации часть флотошлама возвращают в процесс очистки, а выводимый из процесса флотошлам утилизируют. 3 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ очистки сточной воды от фосфатов, включающий обработку воды гидроксидом кальция с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц трикальцийфосфата, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки, отличающийся тем, что обработку ведут в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон, содержащих, мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с образованием твердых продуктов очистки в виде композиционного материала, состоящего из этих волокон с прочно сорбированными ими химически осажденными частицами трикальцийфосфата в количестве 100-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон, а выведение композиционного материала ведут напорной флотацией с образованием флотошлама.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть флотошлама возвращают в процесс очистки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выводимый из процесса флотошлам утилизируют.