Патент на изобретение №2283814
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТХОДАМИ КАМНЕРЕЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА
(57) Реферат:
Изобретение относится к технологии очистки сточных вод, загрязненных взвешенными каменными частицами, и обеспечивает получение продукта, который может быть использован в качестве коагулянта. В способе очистки сточных вод, загрязненных отходами камнерезного производства, включающем коагуляцию и осаждение взвешенных веществ, извлекают часть отстоявшегося каменного шлама, смешивают его с фосфорной кислотой и/или ее растворимыми солями из расчета 5-10 кг на 100 л каменного шлама, выдерживают смесь до прекращения газовыделения и вводят полученный продукт в очищаемую воду в количестве 1-3 мл на 1 л очищаемой воды. В результате увеличивается скорость осаждения взвешенных каменных частиц в процессе очистки сточных вод, загрязненных отходами камнерезного производства, упрощается и удешевляется этот процесс. 2 табл.
Изобретение относится к технологии очистки сточных вод, загрязненных взвешенными каменными частицами. Известен способ очистки вод, загрязненных неорганическими веществами, путем внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя; в качестве сорбента и минерального замутнителя вносят смесь гидролизованных грубо- и тонкодисперсных алюмосиликатов в соотношении между ними 1:1-2:1 в количестве 20-900 мг/л, в качестве флокулянта вносят коллоидно-дисперсные алюмосиликаты в количестве 1-100 мг/л, а в качестве коагулянта вносят композицию молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния в суммарном количестве 1-80 мг/л, RU 2143403. Данный способ довольно сложен, поскольку требует наряду с внесением коагулянта также внесение флокулянта, сорбента и минерального замутнителя. Применяемая в качестве коагулянта композиция молекулярно-дисперсных гидроксидов алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния является весьма дорогостоящей и трудноосуществимой. Известен способ очистки сточных вод, загрязненных отходами камнерезного производства, включающий коагуляцию и осаждение взвешенных веществ. Согласно этому способу, принятому за прототип настоящего изобретения, в загрязненную воду вводят коагулянт в виде Al2(SO4)3 и флокулянт (полиакриламид), см. СНиП 20402-84 (копия ссылки прилагается). Основным недостатком этого способа является малая скорость осаждения взвешенных веществ, представляющих собой мелкодисперсные каменные частицы. Обрабатываемые камни имеют сложный химический и минералогический состав и представляют собой труднорастворимые соединения алюминия, кальция, титана, железа, кремнезема и других элементов («Химическая энциклопедия», М., 1961, T.1, c.c.847-852, 888-894). Каждая частица – осколок разрушенного камня – имеет на своей поверхности гидратные, карбонатные поверхностные соединения Al(ОН)3, Fe(ОН)3, SiO2·nH2О и гидроксильные и карбоксильные группы: Коагулирующим агентом в способе-прототипе является Al(ОН)3, который образуется при гидролизе Al2(SO4)3. Однако скорость этого гидролиза чрезвычайно мала и, соответственно, мала скорость осаждения взвешенных каменных частиц. Для ускорения этого процесса в способе-прототипе дополнительно используют флокулянт-полиакриламид. Кроме того, способ-прототип требует постоянного введения новых порций реагентов – Al2(SO4)3 и полиакриламида. Это существенно удорожает и усложняет процесс, но, тем не менее, не обеспечивает скорости осаждения взвешенных каменных частиц, достаточной для создания замкнутого водооборотного цикла. В основу настоящего изобретения положено решение задачи увеличения скорости осаждения взвешенных каменных частиц в процессе очистки сточных вод, загрязненных отходами камнерезного производства, упрощения и удешевления этого процесса. Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе очистки сточных вод, загрязненных отходами камнерезного производства, включающем коагуляцию и осаждение взвешенных веществ, извлекают часть отстоявшегося каменного шлама, смешивают его с фосфорной кислотой из расчета 5-10 кг на 100 л каменного шлама, выдерживают смесь до прекращения газовыделения и вводят полученный продукт в очищаемую воду в количестве 1-3 мл на 1 л очищаемой воды. Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна». Обработка каменного шлама фосфорнокислыми ингредиентами приводит к разложению карбонатных и гидроксидных поверхностных соединений и замене функциональных групп на фосфорнокислые. Происходящие при этом процессы могут быть представлены следующими схемами: 1. 3СаСО3+2Н3PO4 2. Al(ОН)3+Н3PO4 3. Fe(ОН)3+Н3PO4 4. 3Mg(OH)2+2Н3PO4 Поверхностные =SiOH, =FeOH, -CaOH и другие гидроксильные группы замещаются на фосфорнокислые (=РО4) функциональные группы. Новые модифицированные частицы в результате хемосорбционных превращений имеют измененный химический состав поверхности, так как образуются поверхностные соединения: фосфаты кальция, железа, алюминия и других элементов. Принятые условия реализации способа (комнатная температура, атмосферное давление, рН=2,5-5) позволяют сохранить минералогическую структуру каменных наночастиц. Получаемые частицы отличаются от взвешенных частиц каменного шлама наличием фосфатных функциональных групп на их поверхности и подобны им по строению. В таком случае в соответствии с принципом Ле Шателье система стремится к интенсивной коагуляции взвешенных частиц, быстрому осаждению и уплотнению осадка. Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень». Заявленный способ позволяет с большой скоростью очищать воду, загрязненную отходами камнерезного производства; при этом вместо дорогостоящих коагулянтов и флокулянтов используются сами эти отходы и весьма дешевая фосфорная кислота. Полученный в результате очистки воды продукт может быть успешно утилизирован: – в качестве коагулянта для дальнейшей очистки сточных вод от ряда загрязнителей; – в качестве сорбента для очистки почвы от соединений тяжелых металлов; – в качестве ингредиента огнезащитных покрытий. Реализация способа осуществляется следующим образом. Пример 1. Получение продукта из каменного шлама (коагулянта). В два параллельных горизонтальных отстойника общей емкостью 250 м3 была залита сточная вода, загрязненная отходами камнерезного производства, содержащая 2000 мг/л взвешенных веществ в пересчете на сухое вещество с размерами частиц 1-60 нм. Первичное осаждение осуществляли в течение 24 часов. В бочку емкостью 200 л поместили 100 л каменного шлама, добавили при периодическом перемешивании 5 кг концентрированной фосфорной кислоты, и выдерживали смесь до полного прекращения газовыделения (48 часов). В результате осажденный каменный шлам имеет следующий химический состав (в мас.%): SiO2 – 26%, Al2O3 – 28%, Fe2О3 – 8%, MgO – 22%, CaO – 0,2%, остальное – структурная вода и интермицеллярная жидкость, имеющая рН=5, плотность 1,4 г/см3. После взаимодействия с фосфорной кислотой на поверхности первичных нанометрических частиц каменного шлама образовались фосфорнокислые поверхностные соединения (FePO4, AlPO4, Са(PO4)2 и др.), а поверхностные =Si-OH, =FeOH, -CaOH и другие гидроксильные группы нанометрических первичных частиц замещены при этом на фосфорнокислые (=PO4) функциональные группы. Пример 2. То же, что в примере 1, но к 100 л отстоявшегося каменного шлама добавили 7 кг концентрированной фосфорной кислоты. После периодического перемешивания в течение 24 час получили продукт с плотностью 1,4 г/см3 и рН=3. Пример 3. То же, что в примере 1, но к 100 л каменного шлама добавили 10 кг концентрированной фосфорной кислоты. Через 24 часа получали продукт с плотностью 1,35 г/см3, рН=2,5. Пример 4. То же, что в примере 1, но к 100 л каменного шлама добавили 3 кг концентрированной фосфорной кислоты. Получили продукт с плотностью 1,3 г/см3 и рН=8. Пример 5. То же, что в примере 1, но к 100 л каменного шлама добавили 15 кг концентрированной фосфорной кислоты. Плотность полученного продукта 1,4 г/см3, рН=1,5. Полученные продукты (примеры 1-5) существенно отличаются величиной рН; они затем были использованы в качестве коагулянтов для осветления сточной воды камнерезного производства. Результаты экспериментов по осветлению воды приведены ниже. Примеры 6-30. Осветление сточной воды. Осуществлено 25 экспериментов по осветлению сточной воды камнерезного производства с исходной концентрацией взвешенных веществ во всех экспериментах 2000 мг/л продуктами, полученными из каменного шлама (коагулянтами) в соответствии с примерами 1-5. Коагулянты при этом имели градацию рН от 1,5 до 8. Коагулянт с каждым значением рН вводился в очищаемую воду в объеме от 0,5 до 6,0 мл на 1 л очищаемой воды (примеры 6-30). Эксперименты осуществлялись в вертикальном отстойнике емкостью 15 м3, в котором помещалось по 10 м3 очищаемой воды. Концентрация взвешенных веществ до и после осветления воды определялась гравиметрическим методом в соответствии с методикой ПНД 14.1.2.110-97. Скорость осаждения взвешенных частиц определялась путем линейных измерений перемещения фронта осаждаемых частиц. При определении концентрации и скорости осаждения взвешенных веществ в воде в каждом примере для повышения точности результатов осуществлялось 3 измерения и в таблицу 1 занесены средние значения результатов этих измерений.
Анализ приведенных в таблице 1 результатов показывает, что оптимальные границы значений массы вводимой на 100 л каменного шлама концентрированной фосфорной кислоты лежат в пределах от 5 до 10 кг, что соответствует диапазону рН получаемого коагулянта 5-2,5. При рН свыше 5 (примеры 21-25, рН=8) концентрация взвешенных веществ в воде после осветления недопустимо высокая, а скорость их осаждения весьма низкая. При рН менее 2,5 (пример 26-30, рН=1,5) расход H3PO4 неоправданно высок (15 кг на 100 л), а количественные параметры осаждения взвешенных частиц практически те же, что и при расходе H3PO4 10 кг на 100 л (рН=2,5). Из таблицы 1 также видно, что оптимальные границы объема вводимого в очищаемую воду продукта оставляют от 1 до 3 мл на 1 л воды. Пример 31. Обработка почвы, загрязненной соединениями свинца, была проведена вторичным продуктом, полученным в результате осаждения взвешенных частиц в соответствии с заявляемым способом. Добавление продукта в почву и испытание (количественное определение общего свинца и его подвижны форм) было выполнено по методам испытаний РД 52.18.191.89 и ПНД ф. 16.4-97. Результаты экспериментов. До обработки почвы общее содержание свинца составляло 108,9 мг/кг. Содержание подвижных форм – 25,2 мг/кг. После обработки почвы продуктом содержание подвижных форм свинца – 0,6 мг/г, т.е. достигнуто уменьшение в 40 раз. Пример 32. Для очистки сточных вод, загрязненных неорганическими веществами, в пробу, содержащую водорастворимые соединения меди, никеля, кадмия, свинца, железа вводили тот же продукт, что и в примере 31 из расчета 20-200 мг на 1 л очищаемой воды. Пробу встряхивали в течение 2-3 мин, отстаивали в течение 1 часа и определяли содержание этих веществ до и после контакта. Концентрации загрязнителей до и после очистки воды приведены в таблице 2.
Способ может быть реализован с использованием несложного оборудования, имеющегося на каждом камнеообрабатывающем предприятии, что обусловливает соответствие изобретения критерию «промышленная применимость».
Формула изобретения
Способ очистки сточных вод, загрязненных отходами камнерезного производства, включающий коагуляцию и осаждение взвешенных веществ, отличающийся тем, что извлекают часть отстоявшегося каменного шлама, смешивают его с фосфорной кислотой из расчета 5-10 кг на 100 л каменного шлама, выдерживают смесь до прекращения газовыделения и вводят полученный продукт в очищаемую воду в количестве 1-3 мл на 1 л очищаемой воды.
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 20.04.2007
Извещение опубликовано: 20.07.2008 БИ: 20/2008
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||