Композиционный реагент для очистки многокомпонентных сточных вод Российский патент 2025 года по МПК C02F1/52 C02F1/28 C02F1/66 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для производства реагентов, применяющихся в системах водоотведения для очистки промышленных многокомпонентных сточных вод, осаждения минеральных и органических взвешенных веществ из водных сред на перерабатывающих предприятиях АПК, пищевой промышленности, а также на предприятиях коммунального хозяйства.

Сточные воды промышленных предприятий зачастую являются многокомпонентными и содержат загрязнители различной природы - белки, жиры, поверхностно-активные и взвешенные вещества, нефтепродукты, красители, фенолы, тяжелые металлы. Взвешенные вещества могут быть представлены минеральными компонентами - глина, песок, ил, и органическими - нефть, масла, жиры, белки. Малый размер частиц взвешенных веществ становится причиной высокой седиментационной устойчивости таких систем, низкой скорости их осаждения и формирования осадка. Добавление в качестве реагентов коагулянтов-флокулянтов является одним из эффективных способов ускорения процесса отстаивания взвешенных веществ из водных сред. При выборе коагулянтов и флокулянтов для очистки производственных сточных вод помимо высокой эффективности предъявляются дополнительные требования, связанные со стоимостью, доступностью, возможностью применения вторичных материальных ресурсов и промышленных отходов.

Из уровня техники известно техническое решение по патенту RU №2661584, МПК С01F 7/74, C02F 1/52, опубл. 17.07.2018, где описан способ получения гибридного алюмокремниевого реагента для очистки природных и промышленных сточных вод и способ очистки природных и промышленных сточных вод этим реагентом, в котором способ получения гибридного реагента включает обработку щелочных алюмосиликатов водным раствором 8-10%-ной серной кислоты в течение 1 часа, отделение жидкой фазы от твердой, корректировку соотношения алюминия и кремния в полученном растворе, которое должно составлять 0,5-0,75 в пересчете на их оксиды.

Недостатками известного решения является использование алюмокремниевого реагента в виде водного раствора, а также формирование вторичного отхода из твердой фазы после отделения целевого продукта в виде раствора.

Известен также способ получения железокремниевого флокулянта-коагулянта, основанный на смешении в сухом виде порошков сульфата железа, сульфата натрия и серной кислоты или кислого сульфата натрия с щелочным компонентом, состоящим из моносила с модулем 1,5-3, при соотношении компонентов, мас.ч.: 1,5:2,1:0,6:1 либо 1,5:1,4: 1 соответственно (патент RU №2438993, МПК С02F 1/52, опубл. 10.01.2012). Железокремниевый флокулянт-коагулянт применяют для очистки сточных вод от различных поллютантов. Недостатком этого способа является использование в качестве исходных материалов дорогостоящих химически чистых веществ и невозможность применения комбинированных коагулянтов-флокулянтов.

Известно также техническое решение (патент RU №2388693, МПК C01B 33/26, C01F 7/74, C02F 1/52, опубл. 10.05.2020), которое относится к способам получения алюмокремниевого флокулянта-коагулянта в результате кислотной обработки алюмокремниевого сырья. Алюмокремниевое сырье обрабатывают в водной среде концентрированной 96%-ной серной кислотой, отделяют жидкую фазу от твердой. Жидкую фазу обезвоживают упариванием под вакуумом при температуре ниже точки кипения воды или диспергированием в высокотемпературном потоке газа-теплоносителя.

Недостатком способа является образование вторичного отхода в виде отделенной твердой фазы, которая не используется при получении алюмокремниевого флокулянта-коагулянта.

Перспективным направлением в области очистки сточных вод посредством коагулирующе-флокулирующего действия является использование композиционных реагентов, содержащих в своем составе помимо коагулянта и флокулянта регуляторов рН среды.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Твердый композиционный реагент для очистки водных растворов и способ очистки водных растворов» (Патент Епв №036588, МПК C02F1/52; C02F1/54, опубл. 26.11.2020 г.). Твердый композиционный реагент получают в виде порошков, гранул, пеллет, таблеток для очистки водных растворов, содержащий коагулянт и флокулянт при их массовом соотношении от 5:1 до 20:1, причем в качестве коагулянта используется сульфат алюминия или полигидроксохлорид алюминия, в качестве флокулянта - катионный флокулянт, и дополнительно содержащий сорбент NaX, регулятор рН среды - гидрокарбонат натрия и обеззараживающее средство - дихлоризоцианурат натрия. Недостатками данного технического решения является использование в качестве коагулянта дорогостоящих химически чистых реактивов - сульфата алюминия или полигидроксохлорида алюминия; кроме того, использование в качестве регулятора рН гидрокарбоната натрия приводит к увеличению содержания растворенных веществ (или минерализации) очищенной воды.

Задача, стоящая перед изобретением, направлена на разработку состава композиционного реагента, изготовленного с применением недорогих реактивов, обладающего стабильными свойствами: простотой изготовления, удобством хранения и дозирования, длительным сроком его хранения, при этом позволяющего снизить минерализацию очищенного стока.

Решение поставленной задачи достигается тем, что композиционный реагент для очистки многокомпонентных сточных вод, состоящий из смеси порошкообразных компонентов, включает, в качестве коагулянта, комбинированный алюмокремниевый коагулянт-флокулянт (АФК), в качестве флокулянта - анионный флокулянт, а в качестве сорбента - бентонитовую глину, кроме того, в качестве регулятора рН среды применяют карбонат кальция.

Технический результат от использования предлагаемого реагента для очистки многокомпонентных сточных вод заключается в том, что полученный реагент представляет собой недорогое, простое в изготовлении, удобное в хранении и дозировании порошкообразное средство для очистки воды от загрязнений, при использовании которого не возникает излишней минерализации стока очищенной воды и не образуется вторичных отходов.

Сущность изобретения заключается в том, что в композиционном реагенте для очистки многокомпозиционных сточных вод, включающем смесь порошкообразных компонентов: коагулянта, флокулянта, сорбента и регулятора рН среды, в качестве коагулянта используют комбинированный алюмокремниевый коагулянт-флокулянт (АФК), в качестве флокулянта используют анионный флокулянт, в качестве сорбента используют бентонитовую глину, при этом в качестве регулятора рН среды используют карбонат кальция для снижения минерализации очищаемой воды, при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюмокремниевый коагулянт-флокулянт - 33,23; флокулянт анионный - 0,33; карбонат кальция - 33,22; бентонитовая глина - 33,22 (соотношение компонентов опредедено опытным путем.

Характеристика материалов

1. Комбинированный алюмокремниевый коагулянт-флокулянт (АКФ), полученный по ТУ 08.91.19-012-20049741-2022, обезвоженный и высушенный при температуре 70°С.

Химический состав комбинированного алюмокремниевого коагулянта-флокулянта представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав АКФ, мас. %

Al₂O₃ SiO₂ CaO Na₂O₃ MgO K₂O₃ MnO Fe₂O₃ SO₃ TiO₂ 17,13 22,83 0,67 8,93 0,23 3,85 0,05 1,09 45,16 0,06

2. Флокулянт анионный - StabVisco, ТУ 2216-004-30727975-2015.

3. Карбонат кальция - ЗАО «Известняк» Джегонасский карьер, г. Усть-Джегута. Минеральный состав обусловлен содержанием основных минералов, мас. %: (СаСО₃ + MgCO₃)- не менее 75; глинистые примеси - не более 3. Химический состав представлен в таблице 2.

Таблица 2

Химический состав известняка, мас. %

CaO + MgO SiO₂ R₂O₃ MgO Al₂O₃ + Fe₂O₃ S P Нерастворимый в HCl осадок, не более 54,8 5,0 1,55 0,57 5 0,017 0,003 15

4. Бентонитовая глина - глинопорошок бентонитовый, марка ПБМВ, месторождение «Зырянское» Курганской обл., РФ, ООО «Бентонит Кургана». ТУ 39-0147001-105-93 с изм. №1-9. Химический состав представлен в таблице 3.

Таблица 3

Химический состав бентонита, мас. %

SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO Fe₂O₃ Na₂O₃ + K₂O₃ SO₄^2- ппп 65,5 13,74 3,05 1,94 6,01 1,72 0,60 остальное

Оптимальное массовое соотношение компонентов определяли экспериментальным путем. Для изучения свойств готовили 3 состава композиционного реагента. Количественное содержание компонентов представлено в таблице 4.

Таблица 4

Составы композиционного реагента для очистки многокомпонентных сточных вод

№ сос-тава Содержание компонентов, мас. % алюмокремниевый коагулянт-флокулянт флокулянт анионный карбонат кальция бентонитовая глина 1 23,23 0,23 38,27 38,27 2 33,23 0,33 33,22 33,22 3 43,23 0,43 28,17 28,17

Использование в составе реагента в качестве регулятора рН карбоната кальция обеспечивает нейтрализацию серной кислоты, образующейся в результате осуществления процесса гидролиза компонентов комбинированного алюмокремниевого коагулянта-флокулянта по схеме:

гидролиз Al₂(SO₄)₃

Al₂(SO₄)₃+2H₂O=2AlOHSO₄+ H₂SO₄

2AlOHSO₄+2H₂O=[Al(OH)₂]₂ SO₄+ H₂SO₄

[Al(OH)₂]₂ SO₄ +2H₂O=2Al(OH)₃+ H₂SO₄

взаимодействие с регулятором рН - СаСО₃

H₂SO₄ + СaCO₃ = СаSO₄ + 2H₂O + 2CO₂

В результате нейтрализации серной кислоты происходит образование преимущественно нерастворимого соединения СaSO₄, которое оседает под действием гравитационных сил и совместно с взвешенными веществами, коагулянтами и флокулянтами формирует шлам, что приводит к снижению содержания растворимых солей в очищенной воде, т.е. уменьшению минерализации очищенной воды, что отражается на повышении эффективности очистки водных растворов по содержанию сухого остатка.

Пример получения композиционного реагента для очистки многокомпонентных сточных вод

Композиционный реагент изготавливают путем смешения порошка комбинированного алюмокремниевого коагулянта-флокулянта массой 33,23 г, порошка флокулянта анионного в количестве 0,33 г, порошка сорбционного материала - бентонитовой глины, и регулятора рН - карбоната кальция, массой по 33,22 г каждый. Полученный порошкообразный композиционный реагент имеет характеристики, представленные в таблице 5.

Таблица 5

Характеристики твердого композиционного реагента

№ п/п Параметр Величина 1 Дисперсность - остаток на сите №014, мас. %, не более 0,50 2 Плотность насыпная, кг/м³ 438 3 Содержание Al₂O₃, мас. % 11,1

Эффективность использования предлагаемого композиционного реагента для очистки многокомпонентных сточных вод проверяли следующим образом.

Пример применения композиционного реагента для очистки многокомпонентных сточных вод

Полученный порошкообразный композиционный реагент дозировали в сточную воду (в данном случае, многокомпонентную сточную воду птицеперерабатывающего предприятия) объемом 1 дм³, интенсивно перемешивали со скоростью 50 об/мин в течение 2 мин, а затем со скоростью 25 об/мин в течение 15 мин. Полученную смесь отстаивали в течение 1 часа для осаждения образовавшихся конгломератов и осветления воды, затем отбирали пробу воды и проводили определение основных параметров.

Качество очистки водных растворов оценивали по следующим показателям: мутность, ХПК (химическое потребление кислорода), БПК (биохимическое потребление кислорода), массовая концентрация взвешенных веществ, массовая концентрация фосфат-ионов.

Примеры составов твердого композиционного реагента представлены в таблице 4, а результаты очистки сточной воды с их использованием - в таблице 6 (см. в графич. части).

Из таблицы 6 (см. в графич. части) видно, что для очистки сточных вод цеха убоя птицеперерабатывающего предприятия наиболее целесообразным является использование композиционного реагента с массовым содержанием АФК 33,23%, что является оптимальным и обеспечивает высокие значения эффективности очистки многокомпонентной сточной воды по рассматриваемым показателям.

Использование композиционного реагента с содержанием АФК менее 33,23% (в составе №1 - 23,23%) является неэффективным, так как недостаточное содержание АФК и анионного флокулянта приводит к низким значениям эффективности очистки - по взвешенным веществам и мутности составляет 51,1% и 50,7%, соответственно.

При содержании АФК в составе твердого композиционного реагента более 33,23% (в составе №3 - 43,23%) не обеспечивается достаточная нейтрализация серной кислоты, образующейся в результате гидролиза АФК, поэтому рН очищенной воды не превышает 6,23, что недопустимо. Кроме того, присутствие свободной кислоты в очищаемой воде приводит к затормаживанию гидролиза компонентов АФК и уменьшению количества хлопьев гидроксидов алюминия - продуктов гидролиза, участвующих в образовании седиментирующих агломератов и очищении сточной воды.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что оптимальным содержанием АФК в составе твердого композиционного реагента является 33,23%, что обеспечивает высокие значения эффективности очистки многокомпонентных сточных вод по ряду анализируемым показателям - от 80,0 до 97,2% при его использовании.

Полученный реагент представляет собой недорогое, простое в изготовлении, удобное в хранении и дозировании порошкообразное средство для очистки воды от загрязнений, при использовании которого не возникает излишней минерализации стока очищенной воды и не образуется вторичных отходов.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для производства реагентов, применяющихся в системах водоотведения для очистки промышленных многокомпонентных сточных вод. Композиционный реагент для очистки многокомпонентных сточных вод включает смесь порошкообразных компонентов коагулянта, флокулянта, сорбента и регулятора рН среды. В качестве коагулянта используют комбинированный алюмокремниевый коагулянт-флокулянт. В качестве флокулянта используют анионный флокулянт. В качестве сорбента применяют бентонитовую глину, а в качестве регулятора рН среды вводят карбонат кальция. Реагент представляет собой недорогое, простое в изготовлении, удобное в хранении и дозировании порошкообразное средство для очистки воды от загрязнений, при использовании которого не возникает излишней минерализации стока очищенной воды и не образуется вторичных отходов. 1 ил., 5 табл.

Композиционный реагент для очистки многокомпонентных сточных вод в виде порошка, включающий смесь из порошкообразных компонентов коагулянта, флокулянта, сорбента и регулятора рН среды, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют комбинированный алюмокремниевый коагулянт-флокулянт, в качестве флокулянта используют анионный флокулянт, в качестве сорбента используют бентонитовую глину, а в качестве регулятора рН среды используют карбонат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Комбинированный алюмокремниевый коагулянт-флокулянт 33,23 Флокулянт анионный 0,33 Карбонат кальция 33,22 Бентонитовая глина 33,22