Способ получения коагулянта для очистки воды


 


Владельцы патента RU 2418746:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к области получения неорганических коагулянтов на основе соединений железа и алюминия. Для осуществления способа ведут растворение металлического алюминия в водном растворе хлорида железа (III) с концентрацией ионов железа 45-70 г/л при перемешивании в течение 10-15 минут. Выпавший осадок отделяют. Окисление Fe(II) до Fe(III) ведут пероксидом водорода при температуре 70-80°С в течение 1-2 часов. Способ обеспечивает увеличение выхода коагулянта в 2-3 раза, а также снижение в 2 раза содержания алюминия и в 3 раза содержания железа в воде, очищенной полученным коагулянтом. 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения неорганических коагулянтов, в частности, на основе соединений железа и алюминия для очистки воды.

Необходимость разработки способа получения коагулянта связана с задачей повышения эффективности очистки воды и снижения содержания в ней ионов Аl(III), являющихся причиной ряда заболеваний нервной системы.

Известен способ очистки сточных вод, в котором используется смесь соединений трехвалентных металлов, например растворы чистого хлорида железа(III) и сульфата алюминия в массовых пропорциях FeCl3 и Al2(SO4)3, равных 1:1, см. Кульский Л.А., Когановский A.M. Указания по применению смешанного алюможелезного коагулянта для обесцвечивания и осветления воды. - Киев: Изд-во Академии Архитектуры УССР, 1955. - 16 с., Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. - Киев: Наукова думка, 1991. - С.122.

Недостатками известного способа являются:

- сложность дозирования порошкообразных гигроскопических ингредиентов в непрерывном процессе очистки сточных вод;

- получаемый алюможелезный коагулянт при смешивании со сточными водами вносит в них эквивалентное железу и алюминию количество анионов, повышая их концентрацию в воде.

Известен способ получения железоалюминийсодержащего коагулянта путем растворения оксидов железа и алюминия серной кислотой из глины или золы. Выщелачивание оксидов ведут при температуре 100-120°C в растворе с содержанием 20-45% серной кислоты и 8-50 г/л хлорида натрия в течение 2-4 часов. Для удешевления процесса и снижения загрязнения окружающей среды в качестве источника хлоридов используют очищенный раствор после промывки кожевенного сырья или отработанный пикельный раствор, являющиеся отходами кожевенного производства. Подогрев и обогащение ионами железа реакционной массы осуществляют путем пропускания через нее постоянного или переменного электрического тока с использованием стальных электродов, см. RU Патент №2122975, МПК6 C01F 7/74, C01G 49/10, C02F 1/52, 1998.

Известен способ получения алюможелезного коагулянта, включающий взаимодействие гидроксида алюминия с серной кислотой при повышенной температуре, выдержку и кристаллизацию продукта, при этом в суспензию гидроксида алюминия вводят соединение железа при атомном отношении железа к алюминию, равном 0,10-0,20, а серную кислоту на взаимодействие подают с избытком 4-8 мас.% от стехиометрически необходимого, см. RU Патент №2264352, МПК7 C01F 7/00, C02F 1/52, 2005.

Недостатками указанных способов являются низкий выход коагулянта (50-60%), повышенные энергозатраты (необходимость нагрева до 120°C), а использование концентрированной серной кислоты при высоких температурах обусловливает необходимость применения коррозионностойкого и, как следствие, очень дорогого оборудования. Способы представляют экологическую опасность как для обслуживающего персонала, так и для окружающей среды.

Известен способ получения железоалюминиевого коагулянта путем обработки шлака, золы и глин, содержащих заметные количества железа и алюминия, растворами кислот, в том числе растворами соляной кислоты, см. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. - М.: Наука, 1997, с.76-77.

Недостатком данного способа является использование кислот, в частности соляной и серной, пары которых токсичны и вызывают сильную коррозию аппаратуры и трубопроводов из стали, что обусловливает необходимость замены материалов на более стойкие к коррозии.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения железоалюминийсодержащего коагулянта, включающий растворение компонентов с последующим окислением Fe(II) до Fe(III), в котором проводят растворение металлического железа в водном растворе хлорида алюминия(III) с концентрацией 60-90 г/л в пересчете на Al2O3 при температуре 80-90°C в течение 0,4-0,5 часа, а окисление Fe(II) до Fe(III) ведут электрохимическим способом при плотности тока 4-8 А/дм2 в течение 2,5-3,5 часов. Коагулянт имеет концентрацию 72 г/л по железу, см. SU Авторское свидетельство №1604747, МПК4 C02F 1/46, 1990.

Недостатками способа являются: низкий выход коагулянта (30-40%), высокие энергозатраты и длительность процесса, низкая степень очистки воды.

Задачей заявляемого технического решения является повышение выхода целевого продукта и увеличение степени очистки воды.

Техническая задача решается способом получения железоалюминийсодержащего коагулянта, включающим растворение компонентов с последующим окислением Fe(II) до Fe(III), в котором ведут растворение металлического алюминия в водном растворе хлорида железа(III) с концентрацией ионов железа 45-70 г/л при перемешивании в течение 10-15 минут и отделение осадка, а окисление Fe(II) до Fe(III) ведут перекисью водорода при температуре 70-80°C в течение 1-2 часов.

Решение технической задачи позволяет получить железоалюминиевый коагулянт с выходом целевого продукта до 99,6% и повысить степень очистки воды.

Для получения железоалюминийсодержащего коагулянта используют компоненты: хлорид железа(III) шестиводный и алюминиевый порошок с размером частиц 20-200 мкм. Металлический алюминий растворяют в 100 см3 водного раствора хлорида железа(III) с концентрацией ионов железа 45-70 г/л при комнатной температуре и перемешивании в течение 10-15 минут до прекращения интенсивного газовыделения и выделения осадка, который отделяют от раствора. Для окисления в растворе Fe(II) до Fe(III) используют перекись водорода. Полученную смесь нагревают до температуры 70-80°C в течение 1-2 часа. Концентрацию железа(III) в растворе определяют колориметрическим методом путем сравнения со стандартными растворами. Выход коагулянта составляет до 99,6%.

Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения.

Пример 1. К 100 см3 водного раствора хлорида железа(III) с концентрацией ионов железа 45 г/л добавляют 4,05 г алюминиевого порошка с размером частиц 20 мкм. Перемешивают данную смесь при комнатной температуре в течение 15 минут до прекращения газовыделения, отделяют осадок. Для окисления в растворе Fe(II) до Fe(III) используют 3%-ный раствор перекиси водорода в соотношении раствор:перекись водорода 1:1,2. Полученную смесь нагревают до температуры 70°C в течение 2 часов, концентрацию железа(III) в растворе определяют колориметрическим методом путем сравнения со стандартными растворами. Полученный коагулянт представляет собой раствор гетерополиядерных комплексов состава FemAlnClk(OH)q]2m+3n-k-q, где значения m, n, k, q определяются концентрациями компонентов и pH раствора. Выход коагулянта составляет 99,5%.

Пример 2. К 100 см водного раствора хлорида железа(III) с концентрацией ионов железа 54 г/л добавляют 4,05 г алюминиевого порошка с размером частиц 120 мкм. Перемешивают данную смесь при комнатной температуре в течение 12 минут до прекращения газовыделения, отделяют осадок. Для окисления в растворе Fe(II) до Fe(III) используют 15%-ный раствор перекиси водорода в соотношении раствор:перекись водорода 1:0,6. Полученную смесь нагревают до температуры 75°C в течение 1,5 часа, концентрацию железа(III) в растворе определяют колориметрическим методом путем сравнения со стандартными растворами. Выход коагулянта составляет 99,45%.

Пример 3. К 100 см3 водного раствора хлорида железа(III) с концентрацией ионов железа 70 г/л добавляют 4,05 г алюминиевого порошка с размером частиц 200 мкм. Перемешивают данную смесь при комнатной температуре в течение 10 минут до прекращения газовыделения, отделяют осадок. Для окисления в растворе Fe(II) до Fe(III) используют 30%-ный раствор перекиси водорода в соотношении раствор:перекись водорода 1:0,12. Полученную смесь нагревают до температуры 80°C в течение 1 часа, концентрацию железа(III) в растворе определяют колориметрическим методом путем сравнения со стандартными растворами. Выход коагулянта составляет 99,6%.

Пример 4. Аналогично примеру 3, в качестве водного раствора хлорида железа (III) используют отработанный промышленный железосодержащий раствор травления состава: 600 г/л FeCl3, 20 г/л HCl (ρ=1,19 г/см3), 50 г/л Fe(II), см. ГОСТ 9.301-86. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Перед введением алюминия указанный раствор разбавляют в воде с соотношением 1:2,5 с получением концентрации ионов железа в растворе 59 г/л. Выход коагулянта составляет 99,55%.

Пример 5. Аналогично примеру 3, в качестве водного раствора хлорида железа(III) используют раствор, приготовленный путем растворения окалины металлургического производства в хлороводородной кислоте в соотношении 1:3 по массе, см. ГОСТ 9.301-86. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Концентрация ионов железа в растворе составляет 52 г/л. Выход коагулянта составляет 99,5%.

В качестве объекта исследования берут речную воду со следующими показателями:

- водородный показатель (pH) = 8,2;

- цветность = 127,5°;

- мутность = 15 мг/дм3;

- содержание железа = 1,9 мг/дм3;

- содержание алюминия = 0,5 мг/дм3;

- окисляемость = 7,87 мг O/дм3.

Дозированно подают коагулянт в количестве 0,2 мг/л. Исходную воду обрабатывают по способам прототипа и заявляемого объекта в аналогичных условиях. Полученные данные приведены в таблице.

Таблица
Показатели качества природной воды до и после обработки коагулянтом
Показатели качества воды ПДК, СанПИН 2.1.4.1074-01 После обработки коагулянтом
По прототипу По заявляемому объекту
Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5
Водородный показатель (pH) 6,9 6,5 6,3 6,4 6,4 6,2 6,3
Цветность, 20 21,0 7,8 7,6 7,5 7,9 8,0
Мутность, мг/дм3 2,6 2,0 0,3 0,4 0,5 0,2 0,3
Содержание железа, мг/дм3 0,3 0,3 0,07 0,06 0,06 0,07 0,08
Содержание алюминия, мг/дм3 0,5 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Окисляемость, мг О/дм3 5,0 4,56 4,3 4,4 4,5 4,0 4,0

По результатам конкретных примеров можно сделать следующий вывод. Использование заявляемого способа позволяет получить воду с более низким содержанием алюминия (~в 2 раза), который является причиной ряда заболеваний нервной системы, железа (~в 3 раза), что уменьшает цветность воды. Прочие показатели, такие как водородный показатель, мутность и окисляемость, остаются на уровне нормативного документа СанПиН 2.1.4.1074-01. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Выход коагулянта по заявляемому объекту составляет 99,6%, что в 2-3 раза выше, чем выход коагулянта по прототипу, а длительность процесса и энергозатраты уменьшаются в 1,5 и 2 раза соответственно. Кроме того, при производстве коагулянта можно использовать отработанные промышленные железосодержащие растворы (в частности, растворы травления, окалины), что позволяет более полно утилизировать отходы производства.

Способ получения железоалюминийсодержащего коагулянта, включающий растворение компонентов с последующим окислением Fe (II) до Fe(III), отличающийся тем, что ведут растворение металлического алюминия в водном растворе хлорида железа (III) с концентрацией ионов железа 45-70 г/л при перемешивании в течение 10-15 мин и с последующим отделением осадка, а окисление Fe (II) до Fe (III) ведут перекисью водорода при температуре 70-80°С в течение 1-2 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экологии, в частности к защите водных объектов от загрязняющих веществ. .

Изобретение относится к станциям очистки животноводческих стоков и может быть использовано в промышленном животноводстве. .

Изобретение относится к станциям очистки животноводческих стоков и может быть использовано в промышленном животноводстве. .

Изобретение относится к станциям очистки животноводческих стоков и может быть использовано в промышленном животноводстве. .

Изобретение относится к технологии получения питьевой воды путем минерализации дистиллята. .

Изобретение относится к технологии получения питьевой воды путем минерализации дистиллята. .
Изобретение относится к области химических технологий, в частности к переработке отходов глиноземного производства - красных шламов, и может быть применено для извлечения из них железа в виде его хлорида.
Изобретение относится к технологии получения галогенидов железа (II) прямым взаимодействием элементов и может быть использовано в различных областях промышленной и лабораторной химии, а также аналитического контроля.

Изобретение относится к синтезу мостикового мю-оксо-перхлородиферрата (III) тетраалкиламмония общей формулы [R4N]3[Fe2Cl7O], где R - низший алкил, и к способу получения мостикового мю-оксо-перхлородиферрата (III) тетраалкиламмония, обладающих свойствами несобственного сегнетоэлектрика.

Изобретение относится к фторидной технологии переработки титансодержащего сырья и может быть использовано для получения титанового и железооксидного пигментов высокой чистоты.

Изобретение относится к способам получения железоалюминийсодержащих коагулянтов путем растворения окислов железа и алюминия из глины или золы серной кислотой. .
Изобретение относится к химической технологии производства трифторида железа, используемого в производстве магнитных сплавов. .

Изобретение относится к технологии получения особо чистых фторидов железа для производства стекол и в качестве катализатора в органическом синтезе. .

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способу очистки регенерационного криолита от соединений серы при электролитическом получении алюминия.
Наверх