BG61968B1

BG61968B1 - Средство за обработка на отпадъчни материали и метод заполучаването му

Info

Publication number: BG61968B1
Application number: BG100890A
Authority: BG
Inventors: Gunter Heinzel; Janos Papp; Erika Schodder
Original assignee: Mosaic Tile And Pottery Co Pty. Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1998-11-30
Also published as: BG100890A; HUT77690A; CA2185127A1; BR9507410A; DE4408302C2; ATE193463T1; FI963550A; NO963797D0; ZA952006B; EP0671210A2; FI963550A0; EP0671210B1; DE4408302A1; MX9604012A; HU9602472D0; JPH10503459A; DE59508404D1; NO963797L; AU704478B2; EP0671210A3

Description

Област на приложение

Изобретението се отнася до средство за обработка на отпадъчни материали, по-специално отпадъчни води, както и други замърсени материали, и до метод за производството и използването на това средство, което ефективно пречиства или по друг начин обработва тези отпадъчни материали.

Предшестващо състояние на техниката

Понастоящем изискване на повечето правителства е отпадъчните води и другите отпадъчни материали да се обработват по съответен начин преди тяхното използване и/ или отлагане за съхранение. Това е от особено значение, когато водата се обработва за питейни нужди и когато се обработват отпадъчни води от индустрията. Например, много индустрии произвеждат вредни странични продукти, които трябва да се изхвърлят внимателно, без да са прекалено вредни за околната среда.

Пречистването на замърсена вода е комплексна задача, поради това, че онечистванията имат много различни свойства, по-специално едрина и реактивоспособност. Те могат да бъдат във вид на разтвор, в колоидна форма, като суспензия, дисперсия или аерозол, с малки или големи размери на частичките.

Обикновено обработването на такива отпадъчни води е многоетапен процес, който изисква отделни съоръжения за пресяване, утаяване, филтриране и други, където нежеланите компоненти се отделят чрез йонообмен, утаяване, флокулация, филтриране, центрофугиране, окисляване или редукция, осмоза, електролиза и т.н., както и биологично отстраняване на онечистванията, като се използват микроорганизми.

Поради това, че отпадъчната вода може да съдържа много катиони-замърсители като амониеви катиони или на тежки метали, аниони като фосфати или сулфати, въглеводороди, мазнини, протеини и въглехидрати и т.н., ня колко или всички от горните процеси са необходими и не е необичайно да се преминат десет отделни етапа, за да бъдат удовлетворени изискванията на стандарта за качеството на водата.

Когато се обработват такива отпадъчни материали, трябва да се съобразява изборът на средствата, които ще се използват за обработка, както и на продуктите, получени в резултат на използването им, за да не се нанася вреда на околната среда.

Обичайните средства за обработка на вода обикновено са железни, алуминиеви или калциеви съединения, които водят до утаяване или флокулация. Такива неорганични коагуланти отдавна са използвани като средства за обработка на замърсени води. Направени са много изследвания за подобряване ефективността на тези средства. Например полиалуминиев хлорид е подходящ коагулант за сгъстители и в метода, описан в JP 60-209214 А, той е смесен с финосмлени материали, съдържащи алумосиликат за получаване на средства, намаляващи времето на утаяване.

Дори този подобрен метод за утаяване е само един от многото етапи за обработване по съответен начин на отпадъчни води и поради това изследванията продължават за намиране на нови методи, които имат по-малко етапи, намалени количества шламов материал и/или правят възможно повторното му използване като суровина за някакво друго приложение. Освен това изследванията продължават за намиране на по-ефективни реагенти, за да станат методите за обработка на водата по-икономични.

Например гореописаният японски метод по-нататък е подобрен, което е описано в JP 3-056104 А. Съгласно едно изпълнение на този подобрен основен метод, отделни количества алумосиликатен материал, по-специално съдържащите зеолит, се обработват поотделно със (1) сярна киселина, като се получава продукт “а”; (2) със солна киселина и след това с полиалуминиев хлорид, като се получава продукт “Ь” и (3) с натриев хидроксид, като се получава продукт “с”. Продуктите a, b и с след това се смесват заедно в съотношение 1:1:1, като се получава смес, която се използва за пречистване на замърсена вода.

Този подобрен метод може да бъде спо2 лучлив, но се оказва,я че е по-малко икономичен от предишните, тъй като изисква получаването на три отделни компонента, преди да се получи истинското пречистващо средство, което води до по-високи разходи на изходните материали и по-дълго време за производство, и отрицателният заряд на продукта “Ь” ограничава неговата ефективност в катион/ анионна среда.

Проблемът, който решава настоящото изобретение, е да се създаде средство за обработка на отпадъчни води и други замърсени материали, което да се произвежда икономично, при прилагане ефективно да отстранява повече от един вид онечиствания и да не замърсява околната среда.

Техническа същност на изобретението

Установено е, че ако първоначално се активира алумосиликатен материал, който след това се смеси с алуминиевото съединение при нагряване, се получава средство, което отговаря на тези изисквания.

Средството за пречистване на отпадъчна вода и други замърсени материали представлява съединение с обща формула:

(ZO) Al (OH) Υ , ^х ' η η^v n-m m’ в която Z означава радикал от алумоокисния материал; η има стойност на число по-голямо от нула, m има стойност на число по-голямо от нула, при условие, че η-m е поголямо от нула; и Υ означава радикал, различен от хидроксилна група.

Методът за получаване на средството за обработване на отпадъчна вода и други замърсени материали с обща формула:

(ZO) Al (OH) Υ , в която Z означава радикал от алумоокисния материал, се състои в активиране на алумоокисния материал и нагряването му в присъствие на алуминиево съединение при повишена температура за достатъчно кратък период от време, така че да се предотврати значителното разлагане на алуминиевото съединение преди взаимодействието му с активирания материал.

Алумосиликатният материал може да е природен или синтетичен материал.

За предпочитане материалът е минерал, съдържащ зеолит.

Съдържанието на зеолит в минерала е от 40 до 95% тегл.

За предпочитане съотношението на Si:Al в зеолита е по-голямо от 3.

За предпочитане е зеолит с клиноптилолитна структура.

За предпочитане е финосмлян минерал с размери на частичките от 250 μ или по-малки.

За предпочитане минералът, съдържащ зеолит, се подлага на активиране чрез обработка с киселина или чрез йонообмен с амониеви йони.

Минералът се активира чрез обработване с хлороводородна киселина.

За предпочитане алуминиевото съединение е полиалуминиева сол.

За предпочитане е използването на полиалуминиев хлорид като полиалуминиева сол.

Обикновено полиалуминиевото съединение се внася като воден разтвор.

За предпочитане тегловното съотношение минерал:алуминиево съединение е в граници от 1:0,01 до 1:2% тегл.

Повече се предпочита съотношение 1:1.

Активираният минерал и алуминиевото съединение се нагряват заедно при температура от 100 до 600°С, като за предпочитане температурата на нагряване е 300°С.

Активираният алумосиликат и водният разтвор на алуминиевото съединение се нагряват при температура от 150 до 250°С с едновременно изпаряване на водата.

Активираният алумосиликатен материал и алуминиевото съединение първоначално се сушат при температура под 100°С и след това се нагряват при температура между 250 и 600°С.

За предпочитане полученият продукт съгласно изобретението се гранулира до размер на частиците от 0,25 до 100 mm.

Съгласно изобретението полученото средство се прилага за обработка на отпадъчни води или други замърсени материали.

Важно е да се отбележи, че продуктът, получен съгласно изобретението, е различен от продукта “b”, посочен по-горе. Съгласно известния метод се изготвя просто една смес, а не ново химически определено съединение, както е в настоящото изобретение. Освен това според известния метод се прилага нагряване, само за да се осъществи сушенето на продукта. Температурата на сушене обикновено е от 40 до 60°С или не по-висока, тъй като полиалуминиевият хлорид започва да се разлага и губи своята ефективност.

Съгласно настоящото изобретение найобщо се прилага нагряване при много по-висока температура, но за кратко време, и по този начин се избягва същественото разлагане на полиалуминиевия хлорид и се образува напълно нов продукт.

Първоначално намиращият се в природата киселиноустойчив. термостабилен минерал, съдържащ зеолит, се раздробява фино по някои от познатите и практикувани методи и след това се активира чрез промиване със солна киселина. След това се добавя воден разтвор на полиалуминиев хлорид и сместа се нагрява от 150 до 250°С с едновременно изпаряване на водата. Следва относително бързо охлаждане на получения продукт чрез пропускането му през разпръсквателна кула.

Полученият продукт е със съдържание на вода, по-малко от 10% тегл., за предпочитане по-малко от 5% тегл.

Без да се обвързва с теорията, се счита, че реакцията е дехидроксиране между протонирания зеолит и хидроксилните групи на частично хидролизирания полиалуминиев хлорид.

Изобретението се илюстрира по-подробно на приложената фигура 1, където смес от финосмлян минерал, съдържащ зеолит, и воден разтвор на полиалуминиев хлорид, съдържащ от 0 до 70% тегл. полиалуминиев хлорид, се смесва в контейнер 1 и се подкиселява със солна киселина до pH най-малко 1,5. Сместа се подава в горния край на разпръсквателна кула 4 през линия 3 чрез помпа 2. По желание тези компоненти могат да се подават поотделно към върха на кулата. Височината на кулата е около 10 до 30 т. Пулверизирането на сместа се осъществява с въртящ се диск 5 на върха на кулата 4. Отгоре надолу през разпръсквателната кула 4 се подава горещ въздух, както е показано със стрелките 6. Температурата на въздушния поток 6 е не повече от 250°С, за предпочитане не повече от 200°С. Ако температурата е значително по-висока, полиалуминиевият хлорид проявява тенденция към разлагане на алуминиев хидроксид или алуминиев оксид преди още зеолитът да може да реагира.

Полученият композиционен продукт се отделя в основата на кулата 4 в твърдо състояние, както е показано на фигурата със стрелка 7. При преминаването получената при реакцията вода се изпарява (стрелка 8). По време на този процес на изпаряване температурата на въздушния поток 6 постоянно намалява. Твърдият композиционен продукт 7 при напускане на основата на кулата 4 е с температура, по-ниска от 100°С, за предпочитане пониска от 90°С.

Времето на престой на сместа в кулата е от 2 до 10 min.

Счита се, че продуктът, получен съгласно изобретението, е с обща формула (ZO) Al (OH) Y ' η n n-m m в която m има стойност по-голяма от 0. Трудно може да се посочи точната емпирична формула, тъй като полученият съгласно изобретението продукт може да съществува в различни форми. По-долу са представени три примера за тези форми:

Z-O / АЮН	Ζ-0	Ζ-0
ΑΙ-ΟΗ	AI-CI
, ί
Ζ-0 1	Ζ-0	Ζ-0
ΑΙ-ΟΗ	ΑΙ-ΟΗ / Ζ-0	AI-CI
Z-Ь	Ζ-0
/	\	\
ΑΙ-ΟΗ t	AI-CI	ΑΙ- ΟΗ / Ζ-0
z-b	Ζ-0
Al- Cl I	1 ΑΙ- ΟΗ /
Възможни	са варианти	на този общ

метод.

Например сместа от активиран зеолит и воден разтвор на полиалуминиев хлорид може първоначално да се изсуши при температура под 100°С (за да се попречи на разлагането на полиалуминиевия хлорид) и след това, ако е необходимо под вакуум, след което се нагрява при температура от 250 до 600°С.

Продуктът, получен съгласно изобрете нието, обикновено се прилага в количество от 0,1 до 10 g/Ι отпадъчни води, за предпочитане от 0,2 до 0,5 g/Ι отпадъчни води.

Примерни изпълнения на изобретението

Пример 1. Минерал, съдържащ около 60% тегл. клиноптилолит с размер на частиците не повече от 250 μ се смесва с воден разтвор на полиалуминиев хлорид в съотношение 1:1 до съдържание на полиалуминиев хлорид около 50% тегл. Към тази смес се прибавя солна киселина до pH, по-малко от 1,5. Сместа се вкарва през върха на разпръсквателна кула, където се пулверизира с помощта на въртящ се диск. Пропуска се въздух с температура от 150 до 200°С през върха на кулата. Времето за престой на сместа в кулата е около 3 до 5 min. Твърдият композиционен материал се извежда от кулата с температура около 9095°С с водосъдържание около 2 до 5% тегл.

Пример 2. Използват се отпадъчни води от завод за оптична техника, съдържащи голямо количество въглеводороди, висока степен на кислороден дефицит и значително количество тежки метални йони на цинк и никел.

Използва се продуктът, получен съгласно изобретението и посочения по-горе пример 1, като отпадъчните води се обработват със след5 ните съединения за сравнение:

A) A1₂(SO₄) ₃ - алуминиев сулфат;

B) зеолит + A1,(SO₄)₃ - смес 1:1;

C) зеолит + РАС - смес 1:1 (РАС = полиалуминиев хлорид);

’ _п.

D) продукт съгласно пример 1.

Всички анализи са извършени съгласно немския стандарт DIN.

Съединенията А-D се изпитват при 1 g/1 15 отпадъчни води и pH се довежда до 8 с Са(ОН),.

След прибавяне на продукта отпадъчната вода се разбърква при 500 об./min при 18-20°С в продължение на 10 min.

Получената утайка се отделя чрез филтриране, като се използва книжен филтър. Измерва се скоростта на филтриране.

Съдържанието на йони на тежки метали се определя с атомен абсорбционен спектро25 метър.

Резултатите са посочени в таблица 1.

ТАБЛИЦА 1.

	Пределно допустима максимална концентрация mg/1	Необработен	А
CSB’	-	12800,0	4740
KW”	10,0	1470,0	40,0
Ζη	2,0	12,8	10,4
PG	0,5	3,0	2,4
Ni	0,5	2,4	1,6
Cu	0,5	1.2	1,1
Скорост на	1h	45’	48’
филтриране

	В	С	D
,0	4200,U	4100,0	1800,0
	25,0	18,0	6,0
	8,3	6,5	1.4
	1,2	0,6	< 0,5
	0,9	0,4	< 0,1
	0,6	0,4	<0,1
	28’	17’	3'

Химически кислородна недостатъчност ' Въглеводород

Пример 3. Използва се отпадъчна вода от баня за обезмасляване и фосфатиране на метали. Продуктите А-D се изпитват при 5 g/1 отпадъчна вода.

Във всяко друго отношение се използват същите условия и измервания, както в пример 2.

Резултатите са показани на таблица 2.

ТАБЛИЦА 2.

Пределно Необработен допустима максимална

концентрация тд/1
CSB	-	48000,0
KW	10,0	2400,0
Р_го₅	20,0	1300,0
Fe	3,0	60,0

Скорост на филтриране

А	В	С	D
22300,0	18100,0	14400,0	84
990,0	785,0	38.0	9,1
210,0	93,0	48,0	6.1
44,0	18,0	8,0	1.4
1h 5'	47'	38'	18'

Продуктът, получен съгласно изобретението, е многофункционален. Поради наличието на анионен кислород, продуктът може да действа като йонообменник за абсорбция, например на катиони на тежки метали. Поради това, че продуктът е частично протониран, той може да обменя тези протони до подходящи протонприсъединяващи групи, като тези намиращи се в багрилата. Групите алуминиев хлорид могат да отцепят хлорни аниони и по този начин проявяват катионни свойства, което дава възможност за отстраняване, например на фосфатни аниони.

Важно е, че чрез изменение степента на активиране на алумосиликатната съставка и съдържанието на полиалуминиевия хлорид, тези многофункционални свойства могат да се коригират така, че да са подходящи за нагрявания отпадъчен материал.

Като се прилага настоящото изобретение, очистването на отпадъчни води и други замърсени материали може да се осъществи по-ефективно в сравнение с известните методи, а полученият продукт има следните предимства: има неутрално pH; не е токсичен; подходящ е за използване при флотационни резервоари и утаители; дестабилизира суспензии, дисперсии и емулсии; единственият наличен анион е хидроксилният; може да се използва в широки граници на pH; продуктът е амфотерен и е подходящ по-специално за елиминиране на катиони на тежки метали и фосфатни аниони; намалява кислородния дефицит, биологичния кислороден дефицит и адсорбируемите органични халогенирани въглеводороди; намалява количеството на шлама, като едновременно увеличава съдържанието на сухото вещество; продуктът не набъбва; очистването е икономично; не замърсява околната среда.

Claims

Патентни претенции

1. Алумосиликатно средство за обработване на отпадъчна вода и други замърсени материали, характеризиращо се с това, че представлява съединение, което е получено чрез активиране на алумосиликатен материал и нагряването му в присъствие на полиалуминиева сол до температура най-малко 100°С за достатъчно кратко време, за да се предотврати значителното разлагане на тази полиалуминиева сол, преди тя да е взаимодействала с активирания материал.
2. Средство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че материалът е ми-

5Q нерал, съдържащ зеолит.
3. Средство съгласно претенция 2, характеризиращо се с това, че съдържанието на зеолит в минерала е от 40 до 95% тегл.
4. Средство съгласно претенция 2 или 3, характеризиращо се с това, че съотношението на Si:Al в зеолита е по-голямо от 3.
5. Средство съгласно претенция 4, характеризиращо се с това, че зеолитът има клиноптилолитна структура.
6. Средство съгласно всяка една от претенциите от 1 до 5, характеризиращо се с това, че има обща формула (ZO) Al (OH) Y η п n-m m в която Z означава радикал на алумосиликатния материал, п има стойност на число поголямо от нула, ш - по-голямо от нула, при условие, че п-m е по-голямо от нула и Y означава радикал, различен от хидроксилната група.
7. Средство съгласно претенция 6, характеризиращо се с това, че Y означава хлор.
8. Метод за получаване на средство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че алумосиликатният материал се активира, след което така активираният материал се нагрява в присъствие на алуминиево съединение при висока температура за кратко време, така че да се предотврати значителното разлагане на алуминиевото съединение преди взаимодействието му с активирания материал.
9. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че материалът е минерал, съдържащ зеолит.
10. Метод съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че съдържанието на зеолит в минерала е от 40 до 90% тегл.
11. Метод съгласно претенция 9 или 10, характеризиращ се с това, че съотношението на Si:Al в зеолита е по-голямо от 3.
12. Метод съгласно претенция 11, характеризиращ се с това, че зеолитът има клиноптилолитна структура.
13. Метод съгласно всяка една от претенциите от 9 до 12, характеризиращ се с това, че минералът е финосмлян с размер на частиците 250 μ или по-малки.
14. Метод съгласно всяка една от претенциите от 9 до 13, характеризиращ се с това, че минералът е активиран чрез киселинна обработка или чрез йонообмен с амониеви йони.
15. Метод съгласно претенция 14, ха рактеризиращ се с това, че минералът се активира чрез обработка с хлороводородна киселина.
16. Метод съгласно всяка една от претенциите от 8 до 15, характеризиращ се с това, че алуминиевото съединение се внася във вид на воден разтвор.
17. Метод съгласно всяка една от претенциите от 9 до 16, характеризиращ се с това, че тегловното съотношение на минерал:алуминиево съединение е от 1:0,01 до 1:2.
18. Метод съгласно претенция 17, характеризиращ се с това, че съотношението е 1:1.
19. Метод съгласно всяка една от претенциите от 9 до 18, характеризиращ се с това, че активираният алумосиликатен материал и алуминиевото съединение се нагряват заедно при температура от 100 до 600°С.
20. Метод съгласно претенция 19, характеризиращ се с това, че за предпочитане температурата е 300°С.
21. Метод съгласно претенция 16, характеризиращ се с това, че активираният алумосиликатен материал и водният разтвор на алуминиевото съединение се нагряват при температура от 150 до 250°С с едновременно изпаряване на вода.
22. Метод съгласно всяка една от претенциите от 8 до 20, характеризиращ се с това, че активираният материал и алуминиевото съединение първоначално се сушат при температура под 100°С и след това се нагряват при температура от 250 до 600°С.
23. Метод съгласно всяка една от претенциите от 8 до 22, характеризиращ се с това, че средството е съединение с обща формула:

(ZO) Al (OH) Υ η n n-m m в която Z означава радикал на алумосиликатен материал; η означава число по-голямо от нула, при условие, че n-m е по-голямо от нула, и Y означава радикал, различен от хидроксилна група.
24. Метод съгласно всяка една от претенциите от 8 до 23, характеризиращ се с това, че алуминиевото съединение е полиалуминиева сол.
25. Метод съгласно претенция 24, характеризиращ се с това, че полиалуминиевата сол е полиалуминиев хлорид.
26. Метод за обработка на отпадъчни води и други замърсени материали чрез прилагане на средството съгласно претенции 1 до 7.