способ получения коагулянта для промышленных сточных вод

Формула изобретения

Способ получения коагулянта для промышленных сточных вод, включающий добавление соединения железа в водный раствор гидрооксихлорида алюминия, отличающийся тем, что в качестве соединения железа используют порошок оксида железа - Fе₃O₄ с размерами частиц 20-100 нм в концентрации 0,1-1,0% от веса водного раствора коагулянта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии очистки сточных вод, а также к технологии химической промышленности, а именно к способам получения коагулянтов, в частности гидрооксихлоридов алюминия (Al(OH)Cl), применяемых как коагулянты для очистки загрязненной воды и промышленных водостоков.

Известен способ получения гидрооксихлоридов алюминия для коагулянтов (патент РФ 2139248, МПК C01F 7/56, C01F 7/60, C02F 1/52, опубл. 10.10.1999 г.). Однако в этом способе полученный гидрооксихлорид не способен эффективно (скорость коагуляции, плотность осадка, чистота воды) очищать загрязненные промышленные сточные воды.

Известен способ получения полимеризованного коагулянта на базе гидроксида алюминия Al(ОН)₃ (патент Франции 2308594, МПК C01F 7/34, C02F 1/52, C01F 7/00, опубл. 19.11.1976 г.), в котором при нормальной температуре к раствору соли алюминия с концентрацией Al<2,5 моль/л медленно добавляют при интенсивном перемешивании раствор NaOH, с концентрацией 5 моль/л, в количестве, позволяющем поддерживать в растворе молярное отношение ОН/Al от 2,3 до 2,7, причем объемы и концентрацию исходных реагентов подбирают так, чтобы общее количество Al в конечном растворе составляло от 0,025 до 0,40 моль/л. Однако на приготовление раствора влияют многие факторы (время созревания, температура, отношение компонентов раствора и др.), в результате получаемый коагулянт не стабилен по активности и также не способен эффективно очищать загрязненные промышленные водостоки.

Известен неорганический коагулянт, представляющий собой смесь Al₂(SO₄ )₃ и Fe₂(SO₄)₃, полученную обработкой серной кислотой золы каменных углей и содержащую 20,8-29,3% Al₂O₃ и 6,7-13,7 Fe₂O₃ (А.П.Шутько, В.П.Басов. Использование алюминийсодержащих отходов промышленных производств. - К.: Техника, 1989. - 112 с.). Однако известный коагулянт может быть использован только для очистки нейтральных сточных вод, поскольку для очистки промышленных сточных вод наряду с осветлением необходима их нейтрализация.

Известен способ активирования силикатсодержащего флокулянта раствором, содержащим анодно растворенное железо, с последующей обработкой магнитным полем (заявка 57-4385 Япония). В США (патент № 4110208, МПК C02F 1/48, В03С 1/005, опубл. 29.08.1978 г.) предложенный коагулянт представляет собой смесь водорастворимой соли алюминия или железа с ферромагнитным органическим соединением. Увеличение коагулирующей способности алюминийсодержащих реагентов достигается с помощью их предварительной полимеризации перед добавлением в воду. Однако эти способы также не эффективны при очистке загрязненных промышленных сточных вод.

Наиболее близким прототипом является способ, изложенный в патенте США № 4417996, МПК C01G 49/00, C01F 1/52, C01F 007/56, опубл. 29.11.1983, по которому в раствор полиалюминиевого коагулянта добавляют галогениды железа (хлориды, бромиды, иодиды) с концентрацией ионов металла от 1,35 до 4,5 моль/литр. В качестве полиалюминиевого коагулянта может быть использован гидрооксихлорид алюминия в концентрации 15-24% Al₂O₃ с основностью от 40 до 83 %. Водные растворы хлорида алюминия используются в качестве основы для смесей. Хлорид железа может использоваться в твердой форме или в растворе.

Однако этот способ также имеет низкую скорость коагуляции и требует введения значительного количества ионов железа, что приводит к остаточной высокой концентрации ионов железа в очищенной воде.

Задача изобретения - повысить эффективность (скорость, плотность осадка, чистота воды) коагулянта на основе гидрооксихлоридов алюминия для очистки промышленных сточных вод и не допустить попадания ионов железа и алюминия в очищаемую воду.

Для решения поставленной задачи в способе получения коагулянта для промышленных сточных вод, включающем добавление соединения железа в водный раствор гидрооксихлорида алюминия, в качестве соединения железа используют порошок оксида железа Fe₃O₄ с размерами частиц 20-100 нм в концентрации 0,1-1,0% от веса водного раствора коагулянта.

Проверку коагуляционной способности проводили с помощью промышленного гидрооксихлорида алюминия {Al ₂(ОН)_nCl_6-n}. В качестве промышленной воды использовали сточные воды предприятий г.Кемерово. В качестве добавки использовали синтезированный оксид железа (Fe₃ O₄), размерами частиц 20-100 нм и оксид железа (магнетит) размерами частиц 1-10 мкм, получаемый путем помола. Результаты проверки коагуляционной способности растворов приведены в таблице.

Добавка нанооксида железа в гидрооксихлорид алюминия более 1,0% приводила к потемнению раствора коагулянта с последующим появлением осадка. Добавка оксида железа в виде крупных частиц (1-10 мкм) с концентрациями 0,1% и 1,0% не приводила к повышению эффективности коагулянта (частицы оседали на дно без каких-либо последствий). Это может объясняться тем, что наноразмерный оксид железа обладает большой удельной поверхностью (10-30 м² /г) и способен каталитически повышать эффективность процессов коагуляции даже при очень маленькой концентрации (менее 1% от объема коагулянта). В то время как более крупный порошок оксида железа (размер частиц более 1 мкм) не обладает такими свойствами при любых добавляемых количествах. Чистоту очищенной воды от примесей контролировали в специальной электродной ячейке по ее электропроводности (чем ниже электропроводность, тем меньше примесных ионов в воде и соответственно выше электрическое сопротивление воды в ячейке). На фото (см. чертеж) отражен процесс коагуляции после первой минуты вливания коагулянтов в промышленную сточную воду. Во всех случаях проведения экспериментов использовали 7% водный раствор гидрооксихлорида алюминия {Al₂(ОН) _nCl_6-n}, одновременно вливая растворы как с добавкой Fe₃O₄, так и без добавки. Время начала и окончания коагуляции, приведенное в таблице, фиксировали визуально, используя секундомер.

Пример 1.

В 7% водный раствор гидрооксихлорида алюминия {Al ₂(ОН)_nCl_6-n} в объеме 20 мл вводили наноразмерный Fe₃O₄, с размером частиц 20-100 нм в смеси, концентрацией 0,1% от веса коагулянта, перемешивали для равномерного распределения по объему раствора. Затем полученный раствор вводили в колбу со сточной водой (1000 мл). Одновременно вводили в другую колбу со сточной водой коагулянт без добавки оксида железа. Растворы как с добавкой, так и без добавки перемешивали одновременно и фиксировали время начала и завершения процесса коагуляции примесей. После чего измерялась плотность осадка и электропроводность очищенной воды. Аналогично проводилась коагуляция с добавками оксида железа 0,5%, 1%, 2%. Результаты экспериментов приведены в таблице. Выделенные более узкие фракции частиц оксида железа 20-50 нм, 20-70 нм в смеси имели такие же показатели, как приведенные в таблице для фракций частиц размерами 20-100 нм в смеси.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, в качестве добавки использовали природный (Fe ₃O₄) с размером частиц 1-10 мкм (1000-10000 нм).

Как видно из таблицы, эта добавка не приводила к изменению эффективности коагулянта, в сравнении с коагулянтом без добавки.