Способ получения флокулянта для очистки сточных вод Советский патент 1984 года по МПК C08F8/32 C02F1/56 C02F1/56 C02F101/18 C02F103/16 

Изобретение относится к способам получения полиэлектролитов, обладаю флокулиругошей, осадительноЯ и ионно обменной способностью. Известен способ получения флокулянта для очистки сточных вод хлорметилированием и последующим аминированием полистирола (получают флокулянт ВА-2) l . Недостатки флокулирующей способности ВА-2 выражены в том, что флок ляция с его участием при осветлении воды от глинистых частиц, образующе ся при разработке россыпных месторождений золотодобываюшей промышлен ности, не сопровождается обраэовани ем сплошного осадка. В придонных частях отстойника образуется гелеобразная глинистая,суспензия, которая может вновь поступать в технологиче кий процесс (при оборотном водоснаб жении). Полученный флокулянт облада ет недостаточной флокулирующей и оса дительной способностью. Целью изобретения является повышение флокулирующей активности и оса дительной способности флокулянта. Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения флоку лянта для очистки сточных вод хлорметилированием и последующим аминированием полимера на основе стирола в качестве полимера на основе стирола используют ударопрочный полистиро продукт сополимеризации стирола и каучука, содержаший 70-80 мас.% полистирола и 5,2-6 мас.% звеньев каучука. При-этом можно также использовать отходы производства ударопрочного полистирола (козлы, вьтрессовка , лопаточки и др.) . В использованных для синтеза флокулянта образцах ударопрочного полистирола (УПС) содержание полистирола составляет 70-80 мас.%, содержание звеньев каучука -в УПС - 5,2-6 мас.% Пример 1.а) Хлорметилиро вание УПС, содержащего 80 мас.% поли стирола и 5,2 мас.% каучука. 2 г полимера растворяют в 30 мл монохлордиметилового эфира, в которо предварительно растворяют 0,24 г ZnClj. Реакцию ведут при 50 С в течение 8 ч и при 22°С -14 ч. В полимере после обработки содержится 20,1% хло : S} Аминирование хлорметилированно го УПС. 2,5 г хлорметилированного УПС и 100 мл 10%-ного водного раствора триметиламина перемевтвают при комнатной температуре б ч, затем нагревают до при перемешивании в течение 3 ч. Полимер высушивают в вакууме после неоднократной обработки водой. Обменная емкость полиэле1ст ролита по хлорид-иону равна 3,60 мг-экв/г. В) Флокулирующие свойства полиэлектролита . В цилиндры емкостью 100 мл заливают суспензию глины с содержанием взвеси Зг/л, добавляют 1%-ный водный раствор флокулянта. Содержимое цилиндров перемешивают путем переворачива ия цилиндров 10-12 раз и оставляют отстаиваться. Остаточное содержание взвеси определяют на фотоэлектроколориметре (ФЭК-56). На фиг. 1 и 2 представлены кривые остаточное содержание взвеси - доза флокулянта, позволяющие оценить флокулируюшую способность флокулянта в сравнении с ВА-2. Пример 2.Q) Хлорметилирование УПС, содержащего 80 мас.% полистирола и 6,0 мас.% каучука. 2 г полимера растворяют в 30 мл монохлордиметилового эфира, в котором предварительно растворяют 0,24 г ZnCl . Реакцию ведут при 50с в течение 8 ч и при 22°С - 14 ч.З полимере после обработки 19,8% хлора. ) Аминирование хлорметилированного УПС. 2,5 г хлорметилированного УПС и 100 мл 10%-ного водного раствора триметиламина перемешивают при комнатной температуре 6 ч, затем нагревают до 40-50°С при перемешивании в течение 3 ч. Обменная емкость полиэлектролита по хлорид-иону равна 3,55 мг-экв/г. Ь) Флокулирующие свойства полиэлектролита в соответствии с методикой флокуляции, описанной в примере 1 (Ь) представлены на фиг. 1 (кривая со знаком О). Как видно из фиг.1, флокулирующая активность образцов полиэлектролитов на основе образцов УПС с содержанием каучука 5,26,0 мас.% практически одинакова. Пример З.с|) Хлорметилирование УПС, содержащего 70 мас,% полистирола и б мас.% каучука. 2 г полимера растворяют в 30 мл монохлордиметилового эфира, в котором предварительно растворяют 0,24 г ZnClr . Реакцию ведут при 50°С в течение 8 ч и при 22 С - 14 ч. В полимере послеОбработки 18,60% хлора. ) Аминирование хлорметилированного УПС. 2,5 г хлорметилированного УПС и 100 мл 10%-ного водного раствора триметиламина перемешивают при комнатной температуре 6 ч, затем нагревают до 40-50°С при перемешивании 3 ч. Обменная емкость полиэлектролита по хлорид-иону 3,29 мг-экв/г. Ь) Флокулирующие свойства полиэлектролита по методике флокуляции, описанной в примере 1 (Ь), представ-, лены на фиг. 3 .

Ударопрочный полистирол имеет, двухфазную структуру: его матрица образована полистиролом и составляет непрерывную фазу, дискретную фазу (микрогель) образует привитой сополимер стирола и каучука, в фазе микрогеля содержится окклюдированны полистирол. В конце процесса синтеза ударопрочного полистирола происходит частичное сшивание дискретной фазы, приобретающей структуру сшитого микрогеля.

Вследствие особенностей структуры и строения УПС после его хлорметипирования и аминирования в условиях синтеза получают полиэлектролит, не образующий истинный раствор при его растворении в воде. Водный раствор полученного полиэлектролита представляет собой коллоидный раствор модифицированного аминированием хлорметилированного ударопрочного полистирола.

Полиэлектролит на основе УПС и отходов его производства обладает повышенной флокулирующей активность и осадительной способностью по сравнению с ВА-2.

При использовании в качестве флокулянта полиэлектролита на основе УПС для осветления суспензий с небольшим содержанием взвешенных (110 г/л), его оптимальные дозы выше оптимальных доз ВА-2 для однотипных суспензий, но интервал этих доз значительно шире, чем для ВА-2, что имеет существенное значение при промышленном использовании флокулянтсв.

Интервал оптимальных доз УПС значительно шире, чем для ВА-2 , и уплотнение осадка больше, что важно для рациональной эксплуатации отстойников .

Результатами опытно-промышленных испытаний (табл. 1) применения ВА-2 и УПС для очистки загрязненной технологической воды установлено, что скорость осаждения взвешенных частиц обработанных УПС в 4 раза (при одном и том же времени отстаивания) выше, чем у обработанных ВА-2, несмотря на то, что при использовании УПС для очистки концентрация взве5 шейных частиц в воде вьиие, чем при -обработке ВА-2. Флокулянт на основе./ УПС не загрязняет очищенную воду, |Поскольку в очищенной воде не обнаружено полиэлектролита.

Таблица 1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛОКУЛЯНТА. ДЛЯ ОЧИСТКИ CT04HFX ВОД хлорметилированием и последуюцим аминированием полимера на основе стирола, отличающийся тем, что, с целью повьдиения флокулирующей актив- . ности и осадительной способности продукта, в качестве полимера на -основе стирола используют ударопрочный полистирол - продукт сополимериэации стирола и каучука, содержащий 7080 мас.% полистирола и 5,2-6 мас,% звеньев каучука. 1М эо д ND ЭО .;;g,:/j

Примечание. Н- высота емкости, м; 2 - длина прямоугольного дна емкости, м; В - ширина прямоугольного дна емкости, м; Д - диаметр цилиндрической емкости, м.

Осадительные свойства слабосшитого полиэлектролита исследовали на примере ионов гексацианоферрата (II) при взаимодействии последних с активньми группами полиэлектролита и взятых, как и в случае ВА-2, в количествах, близких к стехиометрическим. Как видно из приведенных в табл.2 Данных/ при увеличении дозы ВА-2 остаточная концентрация взвешенных час тиц в воде сначала уменьшается, а затем возрастает (при дозе 160 мг/л) и далее после Двухчасового отстаивания практически остается на одном уровне. При уменьшении УПС увеличение дозы флокулянта приводит к снижению остаточной концентрации взвеси в более широком интервале оптимальны доз флокулянта. При этом проверка ос нетленной воды по прозрачности по шрифту показала, что при обработке ее ВА-2 прозрачность колеблется от 2,5 до 28 (за 24 ч отстаивания), а при обработке воды УПС прозрачность изменяется от 13 до 32, что свидетельствует о высоком качестве осветляемой воды. Особо проявил себя флокулянт УПС при обработке опалесцируюших суспензий, содержащих высокую концентрацию тонкодисперсной взвеси. После обработки флокулянтом УПС опалесценция у осветленной воды не проявлялась . При применении ВА-2 опалесценсия обработанной воды сохранялась

При этом образуется осадок более плотной консистенции, чем аналогичный осадок с ВА-2.

Сравнение флокулирующих свойств, предлагаемого и известного флокулянтов представлено в табл. 2 (исходное содержание взвеси 76750 мг/г).

.Таблица 2 Таким образом, применение флокулянта УПС позволяет достигать более высокого качества осветляемой воды при широком интервале оптимальных доз флокулянта. Исследование флокулирующих свойств полиэлектролита на основе отходов производства ударопрочного стирола. Пример 4.В цилиндры емкостью 500 мл заливают глинистую (монтомориллонитовую суспензию с содержанием взвешенных 10,16 г/л, в которой количество частиц тонкой фракции (OrOOl мм) составляет 100%, добавляют водный раствор (0,5 г/100мл) флокулянта на основе отходов производства УПС в количестве оптимальных доз (240-320 мг/л). Суспензию перемешивают путем переворачивания цилиндров 10-12 раз и оставляют отстаиваться. Наблюдают эффект моменталь-, ного осветления воды и через 30 мин отстаивания получают практически прозрачный слив. Пример 5.В цилиндрическую емкость диаметром 0,57 м и высотой 0,8 м заливают 200 л загрязненной

воды, представляющей собой глинисту (монитмориллонитовую) суспензию с содержанием твердой взвеси 98,85г/л Причем концентрация частиц размером 0,005-0,001 мм составляет около 50% частиц - 0,001 мм - около 30%. Затем медленно при перемешивании добавляют флокулянт на основе ударопрочного полистирола в виде водного раствора концентрации 5г/100 мм рас вора в количестве оптимальной дозы (430 мг/л), предварительно определенной в цилиндрах емкостью 250 мл. Через 30 мин отстаивания получен прозрачный слив на глубине 140 мм. Через 24 ч глубина осветленного сло увеличилась до 450 мм, соотношение объема осветленной воды к объему осадка составляет 4:1.

При добавке в такую суспензию (76,75 г/л) флокулянта ВА-2 при прочих равных условиях в количестве оптимальной дозы (200 мг/л) через 2 ч отстаивания получен сзтв, содержащий следы взвешенных частиц, на глубине 300 мм. Через 24 ч отстаивания слив получен на глубине 370 мм, соотношение объема осветленной воды к объему осадка составляет 1,9:1.

К полученному осадку с УПС после отделения осветленной воды добавляют 50-л загрязненной воды (98,85г/л взвеси). Без дополнительной добавки флокулянта концентрация взвешенных частиц снижена до 350 мг/л. При дополнительной добавке полученного флокулянта из расчета 60 мг/л и отстаивания в течение 60 мин содержание взвешенных частиц не превышает 10 мг/л. Таким образом, доза флокулянта УПС в данном случае снижена на 70 мг/л, чего не удалось добиться с ВА-2.

Осаждение ионов гексацианоферрата (II) полиэлектролитом на основе отходов производства ударопрочного полистирола.

Пример 6.В коническую колбу емкостью 100-250 мл с пришлифованным горлом заливают 200-100 мл цианистого раствора гексацианоферрата калия ((CN)g ) с концентрацией ионов Ре(СЫ)б 92,37 м/л (1,74 мг-экв/л) и 14,95 мг/л ионов простого цианида. Колбу ставят на магнитную мешалку и по каплям при перемешивании добавляют водный (концентрации 2 г/100 мл раствора) раствор полиэлектролита на основе отходов УПС в количестве 0,6 г/л. После добавки всего объема осадителя продолжают перемешивание в течение 2 ч и затем осадок отделяют фильтрацией через бумажный фильтр (синяя лента) В фильтраже обнаружено 0,2 мг/л ионов Fe(CN) и 13,95 мг/л ионов простого цианида, т.е. полиэлектролит извлекает из раствора комплексные ионы цианида и железа и не извлекает простой цианид.

Таким образом, флокулянт, полученный по предлагаемому способу, имеет более высокую флокулируюшую активность и осадительную способность чем известный.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить коэффициент седиментации взвешенных глинистых частиц, обработанных флокулянтом УПС, в результате чего скорость осветления -СТОЧНЫХ и оборотных вод от взвешенных частиц увеличивается в 4 раза. Это позволит сократить объем воды, используемой для осветления, в резул тате чего сократятся объемы по строительству отстойников.

Обработанная флокулянтом УПС загрязненная вода за короткий промежуток времени (до 30 мин) позволяет достичь более глубокой очистки, что при оборотном водоснабжении очень важно, так как более глубокая очистка позволит сократить расход флокулянта в 3-4 раза.

Использование отходов УПС в други областях народного хозяйства, в частности в металлургической, для очистки сточных и оборотных вод на золотодобывающих объектах позволит получить экономический эффект за счет реализации.отходов, а также социальный за счет прекращения загрязнения окружающей среды и высвобождения площадей, занимаемых отходами УПС.

По сравнению с промышленными коагулянтами (глинозем, сульфат алюминия, плавы хлоридов и др.), полученный флокулянт на основе УПС имеет то преимущество, что не происходит к коррозии аппаратуры, которая происходит при коагуляции, так как процесс коагуляции идет при РН 5-6,8. Кроме того, сами эти коагулянты загрязняют очищенную воду. В очищенной воде остаются ионы , Al и др.