СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ФОСФАТОВ И ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ФОСФОРА

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ФОСФАТОВ И ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ФОСФОРА


RU (11) 2034795 (13) C1

(51) 6 C02F1/58 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4743306/26 
(22) Дата подачи заявки: 1990.02.14 
(31) Номер конвенционной заявки: P 3904575.7 
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 1989.02.15 
(33) Страна приоритета: DE 
(45) Опубликовано: 1995.05.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент США N 3673083, кл. C 02C 1/40, 1972. 
(71) Заявитель(и): Налко Кемикал Компани (US) 
(72) Автор(ы): Джозеф Лемкул[DE] 
(73) Патентообладатель(и): Налко Кемикал Компани (US) 

(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ФОСФАТОВ И ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ФОСФОРА 

Использование: удаление фосфатов и органически связанного фосфора из сточных вод. Сущность изобретения: сточные воды обрабатывают Al-содержащим коагулятом и флокулянтом. Коагулянт представляет собой стабилизированный щелочью раствора глинозема, который получают щелочным растворением боксита и/или путем щелочного травления алюминия. Молярное отношение оксидов Na2O : Al2O3 в растворе составляет 1,5-5,0. Раствор содержит 100-300 г/л Al2O3 и 100-400 г/л Na2O3 . Раствор глинозема вводят в сточные воды в количестве 10-200 мг/л. 1 с. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии очистки сточных вод и может быть использовано для извлечения фосфора из бытовых и промышленных сточных вод.

Известные способы извлечения растворенных фосфатов основаны на осаждении путем добавления солей железа и алюминия. При этом используют кислые соли, предпочтительно хлориды железа, сульфаты железа, сульфат хлорида железа, хлорид алюминия или сульфат алюминия, и комбинированные продукты этих соединений.

Применение солей железа и алюминия при осаждении фосфатов приводит к тому, что наступает дополнительное засаливание хлоридами и сульфатами, и кроме того, происходит дополнительное снижение значения рН до кислого интервала.

При удалении фосфатов хлоридом железа по уравнению

FeCl3 + PO43- FePO4 + 3Cl- на 1 мг фосфора в 1 л приходится 3,4 мг хлорида в 1 л. На практике это значение составляет приблизительно на 50% больше, так как соли хлорида железа содержат избыточное количество хлорида (соляная кислота).

Приблизительно так же высоко загрязнены сточные воды сульфатами, если вместо названных хлоридов используют сульфаты железа или сульфаты алюминия:

Fe2(SO4)3 + 2PO43- 2FePO4 + 3SO4-2

На 1 мг Р приходится 4,6 мг SO42- на литр сточных вод.

В случае стадии биологической очистки применяют так называемые способы оживления, при которых сточные воды наполняют активным шламом с аэробными бактериями. Механически предварительно осветленные сточные воды смешивают с активным шламом и через смесь пропускают в течение 1-4 ч воздух при постоянном перемешивании.

Степень очистки составляет 85-90 или 60-80%

Известно выделение фосфатов в виде фосфата кальция или апатита из сточных вод, при этом чаще всего сочетают механическо-биологическую очистку сточных вод при добавлении едкого натра или гидроокиси кальция при рН выше 9. Проблематичным в этих способах является образование трудно осаждающихся или отделяющихся мельчайших частиц и заряжение водной фазы ионами Са, которые могут привести к камнеобразованию и отложению нежелательных примесей.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вод от фосфатов с использованием алюмината натрия и анионного флокулянта гомополимера или сополимера акриловой кислоты.

Недостатком способа является недостаточная эффективность очистки.

Задачей изобретения является создание способа извлечения фосфатов из сточных вод, который наряду с эффективным извлечением фосфатов позволяет избежать засаливания сточных вод.

Для осуществления способа используют для очистки щелочно стабилизированный раствор глинозема. При этом следует подразумевать такой раствор, в котором отношение Na2O:Al2O3 составляет 1-1,5.

Сточными водами могут быть любые воды, которые загрязнены фосфатом. Основная область применения изобретения это очистка сточных вод в установках осветления. Особенно пригоден способ в стадии очистки механическо-биологического осветления с последующим дополнительным осветлением, так как щелочной раствор алюмината натрия приводит также к слабому подщелачиванию сточных вод, что вредит оптимальной кондиции для эффективной активности бактерий.

Добавление щелочно-стабилизированного раствора глинозема приводит в соответствии со следующей реакцией к осаждению нерастворимого фосфата алюминия:

PO43- + Na(Al(OH)4) AlPO4 + NaOH + 3OH-.

Особое значение изобретения состоит в том, что для осаждения фосфата используют щелочно растворимую соль алюминия, предпочтительно в виде алюмината натрия из растворенного в щелочи глинозема. Чистый алюминат натрия, который получается в результате растворения гидрата алюминия в едком натре, имеет тот недостаток, что при понижении температуры очень быстро выкристаллизовывается и может служить слабым коагулянтом в установках осветления особенно зимой.

Технический раствор алюмината натрия имеет, как правило, отношение Al2O3: Na2O (весовое) 1:(0,6-0,8), т.е. около 25% Al2O3 приходится на приблизительно 20% Na2O. В предложенном способе используют предпочтительно щелочно растворенный глинозем, в котором существует обратное соотношение, т.е. явный избыток Na2O или натриевой щелочи. Предпочтительно он содержит около 12% Al2O3 и около 18% Na2O. В результате этого при применении в биологических установках осветления повышается значение рН, что является большим преимуществом.

Благоприятным отношением Al2O3 и Na2O является приблизительно 1:1,2, т. е. около 170 г/л Al2O3 приблизительно соответствуют 200 г/л Na2O.

Способ в соответствии с изобретением с особым эффектом применяют в случае осветлительных установок. Одновременно удаляются из воды вещества, замутняющие воду. Кроме того, способ приводит к уменьшению органических остаточных загрязнений, что выражено в снижении содержания CSB. В результате явно улучшается качество воды.

Кроме того, неожиданно оказалось, что растворенные в щелочи органические вещества, облегчают введение полимерных биологически активных веществ. Полимерное биологически активное вещество состоит предпочтительно из гомополимеризата акриловой кислоты и сополимера акриламида и акрилата натрия. При этом количество акрилата натрия, считая на сополимер, составляет 10-80 мол. предпочтительно 20-40 мол.

Действие полимеризата состоит в том, что при применении смеси алюмината и полимеризата при дозировке 50-500 мг/л и предпочтительно 50-200 мг/л, в зависимости от содержания фосфата в сточных водах, образуется фосфат алюминия и/или гидроксид алюминия, который в присутствии дополнительного полимеризата значительно быстрее осаждается. Положительное действие полимеризата при осаждении гидрооксида алюминия и фосфата совершенно явно проявляется при сравнении с осаждением, которое проводят с или без добавки сополимера.

Описываемый способ имеет, кроме того, преимущество, которое заключается в том, что при применении щелочного глинозема и образовании фосфата алюминия имеет место незначительное дополнительное засаливание системы, так как введение хлоридов и сульфатов исключено. Кроме того, имеет место небольшое восстановление значения рН.

Другим положительным побочным эффектом является приблизительно на 20% меньшее образование продуктов осаждения фосфата по сравнению с солями железа или также гидроксидом кальция. Стехиометрия вышеназванного уравнения реакции такова: при удалении 1 мг р/л получается при использовании FeCl3 4,86 мг/л шлама FePO4, при использовании щелочного раствора глинозема только лишь 3,93 мг/л шлама фосфата алюминия.

Кроме того, изобретение имеет явные экономические и экологические преимущества.

Используемый в соответствии с изобретением коагулянта ("алтон") содержит приблизительно 7 мас. Al и имеет концентрацию Na2O приблизительно 200 г/л. Добавка поликарбоновой кислоты составляет около 0,5 мас. муравьиной кислоты и в качестве коагулянта содержатся около 0,2 мас. сополимера акриламида и акриловой кислоты сополимера (приблизительно 70:30). Соотношение Na2O:Al2O3 составляет 1,7.

П р и м е р 1. Проводят различные тесты с "алтоном" со сточными водами осветлительной установки по сравнению с хлоридами железа (раствор FeCl3, 40% -ный).

Соответственно смешивают 1 л сточных вод после предварительного осветления с различными концентрациями осадителями. Через 1 ч сточную воду отфильтровывают и анализируют фильтрат (табл.1).

Изменения значения рН. В результате использования "алтона" значение рН слегка поднимается, в результате добавления кислого раствора хлорида железа значение рН снижается. То же относится к м-значению, которое является мерой кислотности и буферной способности воды.

В результате добавления "алтона" общая жесткость снижается. Это значит, что в результате повышения значения рН образуется дополнительно фосфат кальция или карбонат кальция. При использовании хлорида железа жесткость изменяется незначительно.

С увеличением добавляемого количества осадителя содержание фосфата может уменьшаться. "Алтон" уже при малых дозировках дает хорошую эффективность, в то время как хлорид железа лишь при больших дозировках становится эффективным. Считая на Al или Fe, оказалось, что при одинаковых мольных количествах алюминий значительно эффективнее алюмината.

Сравнительный пример. В стадии работы биологической установки осветления сточную воду аэрируют. В результате окисления микроорганизмами получается угольная кислота и органические кислоты, которые соответственно снижают значение рН, или препятствуют повышению рН.

Сточная вода находится благодаря растворенной угольной кислоте в природном равновесии известь/угольная кислота. В результате аэрации воды (например, в охладительной башне) угольная кислота удаляется, так что нарушается равновесие известь/угольная кислота и карбонат кальция или фосфат кальция могут осаждаться. При обработке воды охлаждением это является известным парадоксом.

Один литр сточной воды аэрируют. Изменение значения рН регистрируют с помощью самописца через измерительный электрод. Через определенные промежутки времени отбирают пробы, фильтруют и анализируют.

В результате аэрирования сточной воды (без активного шлама) повышается щелочность или рН воды, так что растворенные гидрокаpбонаты или гидрофосфаты осаждают в виде солей кальция и наступает уменьшение концентрации фосфатов.

П р и м е р 2. Чтобы изменить влияние осадителя при обработке активным шламом, принимая во внимание равновесие известь/ угольная кислота, проводят дополнительную серию опытов. При этом сточную воду с установки осветления, а также смесь с возвратным шламом из обработки активным шламом (1:1) аэрируют с или без кондиционирования осадителя 4 ч.

В результате активности бактерий, воспроизводящих кислоту, значение рН в возвратном шламе находится в слегка кислом интервале (рН 6,8). Смешивание со сточными водами дает значение рН 7,2 и изменяется в результате аэрации лишь до 7,5, в то время как значение рН с чистой водой в результате аэрации увеличивается до 7,7-8,4.

В результате добавления "алтона" значение рН слегка увеличивается, а добавление кислого раствора хлорида железа снижает значение рН. То же самое относится к значению -м, которое в результате аэрации при добавлении FeCl3 понижается до 1,1.

В результате введения "алтона" и в результате аэрации значение общей жесткости снижается, что указывает на то, что в результате сдвига равновесия сточных вод образуется фосфат кальция или карбонат кальция.

Даже только в результате аэрации содержание фосфата уже снижается. В результате добавления щелочного "алтона" происходит более полное удаление фосфата, чем в результате добавления кислого хлорида железа. Степень дозирования коагулянта поддерживают сознательно низкой, чтобы лучше наблюдать реакции в соотношении равновесия известь/угольная кислота.

В результате аэрации и активности шлама равновесие известь/угольная кислота сточных вод изменяется по известным закономерностям. Это сказывается на значении рН, кислотоемкости (м-значении), содержании кальция и на удалении фосфата. Теоретически достаточно 1 градуса жесткости по немецким стандартам /= 10 мг СаО/л/, чтобы осадить 3,7 мг Р/л в виде фосфата кальция, если значение рН соответственно высокое.

Применение щелочного раствора глинозема "алтон" имеет многообразное действие, особенно при общем осаждении: ионы алюминия осаждают фосфаты, буферная кислотная нагруженность воды увеличивается, ионы кальция используются одновременно для осаждения фосфата, не происходит дополнительного засаливания хлоридами.

П р и м е р 3. На установке осветления (подача сточных вод около 2400 м3/день/ используют для удаления фосфата "алтон". Продукт дозировано подают шнековым насосом в концентрированном виде на входе в бассейн с активным шламом. Дозированное количество постепенно снижают от 12 кг "алтона" в 1 ч (около 120 ппм) до 6 кг в 1 ч (около 60 ппм).

Уже через день проявляется позитивное действие на всю работу установки для осветления. Возможно снизить не только содержание фосфора приблизительно 5 до 0,5 ппм, но одновременно улучшить снижение CSB в биологии, а также качество сточных вод в последующем осветлении. Содержание CSB смогли снизить более чем с 110 ппм до приблизительно 80 ппм при выходе из установки осветления. Результаты приведены в табл.3.

П р и м е р 4. Влияние "алтона" на осаждаемые вещества в мг/л (на примере коммунальной установки для осветления) выражено очень сильно.

П р и м е р 5. В установке для осветления с рН сточных вод 5,5-6,0 применяют алюминат натрия с отношением Na2O:Al2O3, равным 4,0:1. Дозировка составляет 100 мг/л.

При этом биологическое значение рН составляет 7,0-7,5. Это дает возможность проводить биологическую нитрификацию с одновременным осаждением фосфата в виде гидрофосфата алюминия. Содержание фосфата снижается от 5,2 (на входе) до 0,8 мг/л на выходе.

П р и м е р 6. На осветлительной установке в условиях примера 5 повторяют описанный в нем способ с использованием щелочно стабилизированного раствора Al2O3 с молярным соотношением Na2O:Al2O3, равным 5,0:1. Дозировка 100 мг/л сточных вод. Содержание фосфата снижается с 5,2 (на входе) до 0,6 мг/л (на выходе).

П р и м е р 7. В условиях примера 5 осуществляют очистку с использованием щелочно стабилизированного раствора глинозема с молярным соотношением Na2O: Al2O3, равным 1,5:1. Дозировка 150 мг/л сточных вод. Снижение содержания фосфатов 5,2-1,3 мг/л.

Как показывают приведенные выше примеры, использование заявленного алюминийсодержащего реагента позволяет достичь высоких степеней очистки сточных вод от фосфатов как при высоких молярных соотношениях Na2O:Al2O3, так и при низких. Помимо этого в качестве положительного побочного эффекта дополнительной нитрификацией была достигнута стабилизация кислой среды при биологической очистке. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ФОСФАТОВ И ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ФОСФОРА путем введения алюминийсодержащего реагента и флокулянта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, в качестве алюминийсодержащего реагента используют стабилизированный щелочью раствор глинозема с молярным отношением оксидов Na2O / AI2O3 1,5 - 5,0, который получают щелочным растворением боксита или путем щелочного травления алюминия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве стабилизированного щелочью раствора глинозема используют смесь раствора, полученного щелочным растворением боксита, и раствора, полученного путем щелочного травления алюминия.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что стабилизированный щелочью раствор глинозема содержит 100-300 г/л AI2O3, предпочтительно 150-200 г/л.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что стабилизированный щелочью раствор глинозема содержит 100-400 г/л Na2O, предпочтительно 200-250 г/л.

5. Способ по пп.1-4 отличающийся тем, что стабилизированный щелочью раствор глинозема вводят в количестве 10-200 мг/л сточных вод, предпочтительно 50-100 мг/л.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что стабилизированный щелочью раствор глинозема содержит поликарбоновую кислоту в количестве 0,1-1,0мас. предпочтительно 0,5 мас.

7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что стабилизированный щелочью раствор глинозема содержит сополимер акриламида и акриловой кислоты в количестве 0,1-1,0 мас. предпочтительно 0,2-0,5 мас.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что сополимер содержит 10-80 мол. акриловой кислоты, предпочтительно 20-40 мол.

9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что очистку от фосфатов и органически связанного фосфора совмещают с биологической очисткой, причем предпочтительно при аэрации.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru