Способ получения композиции для очистки питьевых и сточных вод

 

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к производству веществ, используемых для очистки питьевых и сточных вод, и может быть использовано в горводоканалах и на очистных сооружениях. В способе получения композиции для очистки питьевых и сточных вод сначала готовят водный раствор карбамида, при перемешивании добавляют в него гидроксид алюминия, полученную массу постепенно нагревают до 60-80^oС, затем добавляют серную кислоту, полученную композицию выдерживают в реакторе для дозревания, затем выгружают. При этом карбамид загружают в воду, температура которой должна быть не ниже 25^oС, а весовое соотношение карбамида и воды составляет 1:(1÷4). Карбамид и гидроксид алюминия берут в весовом соотношении (5÷95%)÷(95÷5%). Серную кислоту вводят в количестве, необходимом для полного разложения смеси карбамида и гидроксида алюминия. Полученную композицию до выгрузки выдерживают в реакторе от 3 до 10 мин. Предлагаемый способ позволяет получить композицию, которая по воздействию на воду и осадок очистных сооружений в несколько раз эффективнее, чем сульфат алюминия, широко используемый в настоящее время. Кроме того, он не только позволяет улучшить качество продукта, а соответственно более эффективно очищать питьевые и сточные воды, но и удешевить процесс в связи с использованием эффективного, но более дешевого исходного реагента и низкой температуры нагрева реакционной среды перед введением в нее серной кислоты. 5 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к производству веществ, используемых для очистки питьевых и сточных вод, и может быть использовано в горводоканалах и на очистных сооружениях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сульфата алюминия, который преимущественно используют в настоящее время в качестве коагулянтов при очистке вод. Сульфат алюминия получают, в основном, обработкой гидроксида алюминия серной кислотой при 100-120^oС по реакции (1): 2Аl(ОН)₃+3H₂SO₄+Н₂O=Аl₂(SO₄)₃nН₂О.

Полученный высокотемпературный плав сульфата алюминия подают в поддоны, либо на столы-кристаллизаторы 2, либо на вальцы 3, либо в барабан-гранулятор 4.

Недостатком способа является высокая стоимость и низкое качество конечного продукта, обусловленное зачастую относительно высоким содержанием (до 0,4%) в нем свободной серной кислоты, которая активизирует коррозию аппаратуры водоочистных станций и трубопроводов [1].

Целью изобретения является получение более эффективного коагулянта и удешевление процесса. Предлагаемый способ, по сравнению с известным, позволяет снизить температуру процесса, получить высокое качество конечного продукта при снижении его себестоимости.

Технический результат достигается тем, что в способе получения композиции для очистки питьевых и сточных вод, включающем обработку гидроксида алюминия серной кислотой, согласно изобретению сначала готовят водный раствор карбамида, при перемешивании добавляют в него гидроксид алюминия, полученную массу постепенно нагревают до 60-80^oС, затем добавляют серную кислоту, полученную композицию выдерживают в реакторе для дозревания, затем выгружают.

При этом карбамид загружают в воду, температура которой должна быть не ниже 25^oС, а весовое соотношение карбамида и воды составляет 1:(1÷4). Карбамид и гидроксид алюминия берут в весовом соотношении (5÷95%)÷(95÷5%). Серную кислоту вводят в количестве, необходимом для полного разложения смеси карбамида и гидроксида алюминия. Полученную композицию до выгрузки выдерживают в реакторе от 3 до 10 минут.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. В реактор, который снабжен мешалкой и обогревом, заливают воду, включают мешалку, нагревают воду до температуры не ниже 25^oС, затем добавляют карбамид. Весовое соотношение карбамид:вода равняется 1:1. Карбамид перемешивают в воде до полного его растворения. В водный раствор карбамида добавляют гидроксид алюминия в весовом соотношении карбамид:гидроксид алюминия, равном 5:95%. Содержимое реактора постепенно нагревают до 60^oС и при этой температуре вливают серную кислоту в количестве, которое требуется для полного разложения реакционной массы. Полученную композицию выдерживают в реакторе при включенной мешалке 3 минуты, затем мешалку выключают и продукт выгружают.

Проводят сравнительные исследования по эффективности очистки воды и осадка очистных сооружений полученной композицией и сульфатом алюминия, синтезированного по способам [1-3].

Установлено, что свободная серная кислота в растворе композиции отсутствует.

Очистка воды.

Опыт 1. В сосуд из реки на водозаборе берут 1 л воды, количество примесей в которой - 40 мг/л. Добавляют в воду 10 мг сульфата алюминия. Перемешивают содержимое сосуда до полного растворения сульфата алюминия и выпадения осадка. Определяют в очищенной воде количество оставшейся примеси. Получают 1,5 мг/л.

Опыт 2. Также берут на водозаборе 1 л воды, содержащей 40 мг/л примесей. Добавляют в воду 10 мг полученной композиции и перемешивают до полного ее растворения и выпадения осадка. Количество оставшейся примеси в очищенной воде составляет всего 0,5 мг/л.

Сравнение качества воды, очищенной полученной композицией и сульфатом алюминия, показывает, что очистка воды композицией ≈ в 3 раза выше, чем сульфатом алюминия.

Выделение жидкой фазы из осадка очистных сооружений.

Опыт 1. Отношение полученной композиции к осадку 1:1000 (один к тысяче). Из осадка выделяют за 5 минут 47% жидкой фазы, за 10 минут - 58%.

Опыт 2. Отношение сульфата алюминия к осадку также 1:1000 (один к тысяче). Из осадка выделяют жидкой фазы за 5 минут 31,3%, за 10 минут - 38,6%.

Эффективность полученной композиции ≈ в 1,5 раза выше эффективности сульфата алюминия.

Пример 2. Технологические действия выполняют в последовательности, аналогичной примеру 1. Изменена величина технологических параметров. Соотношение карбамид: вода = 1:4. Соотношение карбамидтидроксид алюминия равно 95:5%. Температура нагрева содержимого реактора - 80^oС. Время выдержки композиции в реакторе - 10 минут.

После выгрузки композиции проводят сравнение эффективности воздействия композиции и сульфата алюминия на воду и осадок очистных сооружений.

Очистка воды.

Данные по сульфату алюминия те же, что и в примере 1: количество примеси, невыделенной из воды, составляет 1,5 мг/л.

Количество оставшейся в воде примеси после очистки композицией составляет всего 0,3 мг/л, то есть композиция примерно в 5 раз эффективнее в данном случае, чем сульфат алюминия.

Выделение жидкой фазы из осадка очистных сооружений.

Отношение композиции к осадку и сульфата алюминия к осадку также 1:1000 (один к тысяче). Данные по выделению жидкой фазы из осадка сульфатом алюминия те же: за 5 минут выделяется 31,3%, за 10 минут - 38,6%.

С помощью полученной композиции выделяют из осадка жидкой фазы за 5 минут 70%, за 10 минут - 88%.

Эффективность композиции выше эффективности сульфата алюминия ≈ в 2,2 раза.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить композицию, которая по воздействию на воду и осадок очистных сооружений в несколько раз эффективнее, чем широко используемый в настоящее время сульфат алюминия.

Кроме того, предлагаемый способ отличается от прототипа не только тем, что позволяет улучшить качество продукта, а соответственно более эффективно очищать питьевые и сточные воды, но и удешевить процесс. К удешевлению процесса приводит использование эффективного, но более дешевого исходного реагента (карбамида) и низкая температура нагрева реакционной среды перед введением в нее серной кислоты.

Источники информации 1. Способ получения сульфатата алюминия. Авторское свидетельство 1006377, кл. С 01 F 7/74, 1986.

2. Позин М.Е. Технология минеральных солей. 1974, ч. 1-2.

3. Иванов К.В. Химическая промышленность. 1995, 1.

4. Способ получения гранулированного сульфата алюминия. Патент РФ 2181696, кл. С 01 F 7/74, В 01 J 2/26, 2002.

Формула изобретения

1. Способ получения композиции для очистки питьевых и сточных вод, включающий обработку гидроксида алюминия серной кислотой, отличающийся тем, что готовят водный раствор карбамида, при перемешивании добавляют в него гидроксид алюминия, полученную массу постепенно нагревают до 60-80°С, затем добавляют серную кислоту, полученную композицию выдерживают в реакторе для дозревания, затем выгружают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбамид загружают в воду, температура которой должна быть не ниже 25°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что весовое соотношение карбамида и воды составляет 1:(1÷4).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбамид и гидроксид алюминия берут в весовом соотношении (5÷95%)÷(95÷5%).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что серную кислоту вводят в количестве, необходимом для полного разложения смеси карбамида и гидроксида алюминия.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что композицию выдерживают в реакторе до выгрузки от 3 до 10 мин.