СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФОСФАТОВ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/58 C02F1/28 C01B25/36 B01J20/24 C02F101/10 

Изобретение относится к способам очистки фосфатсодержащих сточных вод и может быть использовано во многих производствах.

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.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ очистки сточных вод от фосфатов, включающий обработку воды сульфатом алюминия и тетрахлоридом титана при их массовом соотношении (2-5):1 с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфорнокислого алюминия и фосфорнокислого титана, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки осаждением, а также фильтрацию осветленной воды (SU, №1699948, C02F 1/58, опубл. 23.12.91).

Недостатками способа являются большая длительность процесса, сложность обработки осадка, необходимость использования дорогостоящего химиката - тетрахлорида титана.

Новыми результатами от использования предлагаемого изобретения являются упрощение процесса, сокращение его длительности, обеспечение возможности очищать воду с объемной скоростью, равной, например, скорости образования стока.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе очистки сточных вод от соединений фосфора, включающем обработку воды сульфатом алюминия с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфата алюминия, 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 фосфата алюминия, а выведение композиционного материала ведут напорной флотацией с образованием флотошлама, при этом волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³. Композиционный материал выводят из обработанной воды при содержании в нем фосфата алюминия 50-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон. Часть флотошлама можно возвращать в процесс очистки, а выводимый из процесса флотошлам утилизировать.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят дисперсию целлюлозных волокон (ЦВ), например, с их концентрацией 1%, а также раствор сульфата алюминия 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 в непрерывном режиме 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 раствор сульфата алюминия в количестве, стехиометрически равном содержанию в сточной воде фосфатов. В результате реакции ионов алюминия и фосфата образуются нерастворимые в воде частицы фосфорнокислого алюминия, 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 сервированными ими частицами фосфата алюминия. Поэтому для выведения твердых продуктов очистки целесообразно использовать метод флотации, например, напорной флотации.

Дисперсию композиционного материала 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 50 до 300 мас.ч. фосфата алюминия 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 фосфата 6 мг/дм³. Готовят раствор сульфата алюминия с концентрацией 10%. В смесителе в сточной воде диспергируют целлюлозные волокна (ЦВ), 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, при их расходе 40 мг/дм³. Дисперсию подают в реактор и добавляют в нее сульфат алюминия в количестве, стехиометрически равном содержанию в воде фосфатов (0,87 мас.ч. Al на 1 мас.ч. P). Образующиеся в результате реакции ионов алюминия и фосфата нерастворимые частицы AlPO₄ прочно сорбируются на ЦВ. Композиционный продукт очистки состоит, в расчете на 1 дм³ воды, из 40 мг ЦВ и 23,62 мг AlPO₄, или же 59 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 связанного в этом цикле очистки количества фосфата, 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 23,62 мг AlPO₄. Полное рециркулирование флотошлама продолжают до достижения соотношения в продукте очистки фосфат алюминия (ФА): целлюлозное волокно, равного, например, в масс.ч, 100:40, или 250:100. 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. В отличие от примера 1, очищают воду с содержанием фосфора в составе фосфатов 75 мг/дм³. Целлюлозное волокно расходуют в количестве 100 мг/дм³. При очистке образуются ~395 мг продуктов в виде композиционного материала при соотношении в нем ФА:ЦВ=295:100. Флотошлам выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 3. В отличие от примера 1, очищают воду с содержанием фосфора 60 мг/дм³. Целлюлозное волокно расходуют в количестве 150 мг/дм³. При очистке образуются 236 мг продуктов при соотношении ФА:ЦВ=157:100 (в мас.ч.) Флотошлам полностью выводят из процесса и направляют на утилизацию.

Пример 4. В отличие от примера 1, 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. В установившемся режиме для разбавления исходной воды используют очищенную воду.

Во всех примерах в очищенной воде фосфаты не обнаруживаются. Выводимый из процесса флотошлам промывают и используют в качестве наполнителя в производстве бумаги.

Изобретение может быть использовано для очистки стоков от фосфатов в химической, металлургической и нефтехимической промышленности. Для осуществления способа проводят обработку воды сульфатом алюминия с образованием нерастворимых частиц фосфата алюминия и выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки. 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. Полученные твердые продукты очистки в виде композиционного материала состоят из этих волокон с прочно сорбированными ими химически осажденными частицами фосфата алюминия. Выведение композиционного материала ведут напорной флотацией. В предпочтительном варианте волокна диспергируют в воде в количестве 40-150 мг/дм³, при этом композиционный материал выводят из обработанной воды при содержании в нем фосфата алюминия 50-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон, а часть флотошлама возвращают в процесс очистки. Способ обеспечивает упрощение способа очистки за счет возможности очищать воду с большой объемной скоростью, равной скорости образования осадка, что сокращает длительность процесса очистки. 3 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ очистки сточных вод от фосфатов, включающий обработку воды сульфатом алюминия с образованием химическим осаждением нерастворимых частиц фосфата алюминия, выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки, отличающийся тем, что 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 фосфата алюминия, а выведение композиционного материала ведут напорной флотацией.

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 композиционный материал выводят из обработанной воды при содержании в нем фосфата алюминия 50-300 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон.

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