CZ125194A3

CZ125194A3 - Composition based on aluminium polychloride and iron salt, process of its preparation and its use for water treatment

Info

Publication number: CZ125194A3
Application number: CZ941251A
Authority: CZ
Inventors: Sylvain Danda; Magnus Kvant; Yvette Pescher
Original assignee: Kemrhone France
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1994-12-15
Also published as: FR2705661A1; HUT73589A; ATE233718T1; EP0626347B1; US5597510A; FR2705661B1; EP0626347A1; US5587086A; SK59694A3; HU215758B; DE69432198D1; HU9401551D0; BR9402046A

Description

Oblast techniky

Vynález se tyká kompozice obsahující alespoň jeden zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý, alespoň jednu sloučeninu na bázi železa a alespoň jednu sůl a způsobu přípravy této kompozice. Vynález se také týká použití této kompozice jako koagulačního činidla při úpravě vodného prostředí, zejména při čistění vody.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že hlavní způsoby úpravy vody (úprava povrchových vod, odpadních vod, zbytkových vod, kapalného odpadu a pod.) v podstatě zahrnují stupeň odstranění suspendovaného pevného podílu gravitačním usazováním (sedimentací), přičemž oddělený kapalný podíl nad sedlinou se potom dále čistí filtrací.

Za účelem zlepšení sedimentačních podmínek a tedy i zlepšení kvality upravené vody se již dlouhou dobu používají koagulační činidla, jakými jsou zejména chloridy, sírany nebo chlorsírany dvojmocného železa, trojmocného železa nebo altertivně také hliníku.

I když jsou tato činidla účinná, nejsou schopna vyřešit některé problémy vyplývající ze stále přísnějších požadavků kladených na kvalitu upravené vody a s tím souvisejících obligatorních norem.

Sloučeniny na bázi železa, hlavně sloučeniny trojmocného železa, mají lepší schopnost učinit sulfidy nerozpustnými, avšak jejich nevýhodou je, že zbarvují upravovanou vodu. Naopak použití koagulačních činidel na bázi hliníku sice upravovanou vodu nezbarvuje, avšak není zase schopno zcela odstranit sulfidy.

Dalším zlepšením způsobů úpravy vody využívajících flokulační a usazovací princip bylo použití obou výše uvedených typů koagulačních činidel v jediném úpravárenském postupu. Ukázalo se však, že takový způsob úpravy vody je při praktickém provádění relativně složitý. Ve skutečnosti je třeba respektovat určitou časovou periodu mezi zavedením do upravované vody jednotlivých koagulačních činidel, aby se dosáhlo synergického účinku vyplývajícího ze společného použití těchto koagulačních činidel. Navíc je třeba disponovat ve srovnání s dřívějšími postupy větším sortimentem koagulačních činidel.

Kromě toho je známé použití roztoků obsahujících dvě koagulační činidla. V tomto případě se však ukázalo, že takové směsi nejsou stabilní a že v nich dochází jíž po několika hodinách a nejvýše v několika dnech k vytvoření sraženiny nebo gelu.

Vzhledem k tomu je čerpání těchto směsí v průběhu úpravy vody komplikované a je velmi obtížné dosáhnout přesného dávkování koagulačních činidel do upravované vody. Aby se zamezilo těmto problémům, je třeba připravit takové roztoky krátce před jejich použitím. To však představuje významnou nevýhodu.

Cílem vynálezu je proto eliminovat výše uvedené nedostatky.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je kompozice obsahující alespoň jedno koagulační činidlo na bázi hliníku, zejména zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý, a alespoň jedno koagu3 lační činidlo na bázi železa, která je časově stálé.

Předmětem vynálezu je dále způsob přípravy takové kompozice .

Vynález konečně zahrnuje i způsob úpravy vodného prostředí za použití výše uvedené kompozice.

V rámci vynálezu bylo zcela neočekávaně zjištěno, že přidáním soli tvořené halogenidem alkalického kovu nebo/a kovu alkalických zemin se dosáhne účinné stabilizace výše uvedené směsi dvou koagulačních činidel. V takové směsi nedochází k tvorbě sraženiny ani po skladování v průběhu několika měsíců.

V důsledku toho představuje způsob úpravy vodného prostředí použitím dvou typů koagulačních činidel tvořících součást kompozice podle vynálezu ve srovnání s dosud známými způsoby úpravy vodného prostředí výrazné zlepšení.

Již není nezbytné mít k dispozici několik směsí obsahují cích vždy jedno požadované koagulační činidlo a to jak při jejich použití v rámci způsobů, při kterých se obě koagulční činidla používají jedno po druhém v určitém časovém odstupu, tak při skladování v případě způsobů používajících přidání jediné směsi obsahující obě koagulační činidla, která byla připravena bezprostředně před jejím použitím.

Předmětem vynálezu je tedy kompozice obsahující alespoň jeden zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý a alespoň jednu sloučeninu dvojmocného nebo/a trojmocného železa, jejíž podstata spočívá v tom, že dále obsahuje alespoň jednu sůl zvolenou z množiny zahrnující halogenidy alkalického kovu nebo/a kovu alkalických zemin.

Kromě toho se vynález týká způsobu přípravy výše uvedené kompozice, jehož podstata spočívá v tom, že se uvede do styku alespoň jedna sloučenina na bázi hliníku zvolená z množiny zahrnující zásadité polychloridy nebo polychlorsírany hlinité a alespoň jedna sloučenina na bázi dvojmocného nebo/a trojmocného železa, přičemž jedna nebo/a druhá sloučenina se předtím smísí s alespoň jednou solí zvolenou z množiny zahrnující halogenidy alkalického kovu nebo/a kovu alkalických zemin.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob úpravy vodného prostředí, jehož podstata spočívá v použití výše uvedené kompozice

Vynález a jeho výhody jsou zřejmé z následující popisné části a z příkladů, které mají ilustrační charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu.

Jak již bylo uvedeno výše, je předmětem vynálezu kompozice na bázi alespoň jednoho polychloridu nebo polychlorsíranu hlinitého, alespoň jedné sloučeniny železa a určité soli.

Výhodou kompozice podle vynálezu je, že má formu stabilního a dobře čerpatelného roztoku.

Rozpouštědlem použitým pro přípravu uvedené kompozice podle vynálezu je zejména voda.

Výraz zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý zahrnuje sloučeniny odpovídající následujícímu obecnému vzorci:

/Ai_n (OH )_mCl _3n._m._2R (S0₄) _k//H₂0/_i (I) ve kterém n, m a k znamenají kladná čísla,

3n-m-2k je kladný, z znamená celé kladné číslo rovné alespoň 1 a k je číslo mezi 0 a 0,4xn.

V rámci specifického provedení vynálezu obsahuje kompozice podle vynálezu alespoň jednu sloučeninu na bázi hliníku mající koeficient k rovný nule.

Výhodně kompozice podle vynálezu obsahuje sloučeninu na bázi hliníku, jejíž koeficient k je roven nule.

Z důvodu zjednodušení je v následující části popisu používán pouze výraz polychlorid hlinitý, který zahrnuje jak zásadité polychloridy hlinité, tak i zásadité polychlorsírany hlinité.

Bazicita sloučeniny na bázi hliníku, odpovídající poměru (vyjádřenému v procentech) počtu hydroxy-skupin k trojnásobku počtu atomů hliníku, tj.

(m/3n) x 100, se pohybuje od 10 do 80 %.

Bazicita uvedené sloučeniny je výhodně rovna 20 až 80 %.

V rámci specifického provedení vynálezu má polychlorid hlinitý obsah hliníku, vyjádřený jako A^O^, nižší než 22 %. Tento obsah je výhodně roven 5 až 22 %. Výhodněji je tento obsah roven 10 až 22 %.

Je třeba uvést, že polychloridy jsou velmi dobře známými sloučeninami, což platí i pro jejich způsob přípravy. Tyto sloučeniny tvoří podstatu četných patentů, například patentů US 3,929,666, FR 2,534,897 nebo FR 2,584,699.

Jak již bylo uvedeno výše, obsahuje roztok podle vynálezu dále alespoň jednu sloučeninu na bázi dvojmocného nebo/a trojmocného železa.

Pro potřeby vynálezu jsou vhodná koagulační činidla na bázi tohoto prvku, která jsou používána i při konvenčních způsobech úpravy vody. Jako příklady takových činidel je možné uvést chloridy nebo sírany železnaté nebo železité·. Sloučeniny na bázi železa jsou výhodně zvoleny z množiny zahrnující chlorid železnatý nebo/a železitý nebo chlorsírany trojmocného železa.

j

V rámci specifického provedení vynálezu obsahuje kompozice podle vynálezu sloučeninu na bázi trojmocného železa.

V kompozici podle vynálezu jsou použita taková množství polychloridu hlinitého a sloučeniny na bázi železa, že poměr hliník/železo je roven 1 až 50 % (vyjádřeno hmotnostmi obou prvků v kovové formě).

Uvedený poměr je zejména roven 10 až 30 %, výhodně 10 až 20 %.

Kompozice podle vynálezu dále obsahuje alespoň jednu sůl zvolenou z množiny zahrnující halogenidy alkalického ko- ] vu nebo/a kovu alkalických zemin.

Těmito solemi, které jsou obzvláště vhodné pro použití v rámci vynálezu, jsou obzvláště chloridy.

Kromě toho je výhodné použít alkalické kovy, jako sodík nebo draslík, a to bu5 samotné nebo ve směsi. 5

Koncentrace výše definované soli v kompozici podle vynálezu se mění v širokých mezích a je nejvýše rovna koncentraci nezbytné k získání směsi, která je. uvedenou solí nasycena.

Pro ilustraci a bez úmyslu rozsah vynálezu jakkoliv !

omezit lze uvést, že množství uvedené soli se pohybuje mezi 10 a 40 % hmotnosti, vztaženo na hmotnost kompozice.

Výše uvedená koncentrace uvedené soli je obecně závislá na celkovém obsahu železa a hliníku v kompozici podle vynálezu. Čím vyšší je tento celkový obsah, tím nižší je končen- ' á

trace uvedené soli. j

Nicméně v rámci specifičtějšího provedení vynálezu činí koncentrace uvedené soli v kompozici 1 až 5 mol/1.

Kompozice podle vynálezu může dále obsahovat přísady, jakými jsou zejména odpěňovadla nebo alternativně flokulační polyelektrolyty. Pod pojmem polyelektrolyty se rozumí organické polymery,· jejichž molekulová hmotnost je obecně vyšší než jeden nebo několik milionů.

Pro použití v rámci vynálezu jsou vhodné všechny typy polyelektrolytů. Takto je možné použít neionogenní nebo kationtové sloučeniny.

Bez omezujícího účinku lze jako příklady takových sloučenin uvést polyakrylamidy, poly(ethyleoxid)y, polyvinylpyrrolidony a poly(vinylalkohol)y, neutrální nebo kvartérní polyamidy, polyaminoakryláty, polyaminomethakryláty, polyaminoakrylamidy nebo alternativně polyaminomethakrylamidy. Tyto sloučeniny mohou být použity samostaně nebo ve směsi.

Kompozice podle vynálezu má obsah flokulačního polyelektrolytu rovný 0 až 2 % hmotnosti. Tento obsah flokulačního polyelektrolytů výhodně činí 0 až 1 % hmotnosti.

Nyní bude popsán způsob přípravy kompozice podle vynálezu. Tento způsob spočívá v tom, že se uvede do styku alespoň jedna sloučenina na bázi hliníku zvolená z množiny zahrnující zásadité polychloridy nebo polychlorsírany hlinité a alespoň jedna sloučenina na bázi dvojmócného nebo/a trojmocného železa, přičemž sloučenina na bázi hliníku nebo/a sloučenina na bázi dvojmocného nebo/a trojmocného železa se předtím smísí s alespoň jednou solí zvolenou z množiny zahrnující halogenidy alkalického kovu nebo/a kovu alkalických zemin.

Je třeba uvést, že sloučeniny na bázi hliníku a železa mohou být použity jako takové nebo ve formě roztoku, přičemž výhodná je posledně uvedená možnost.

V takové případě je zvoleným rozpouštědlem zejména voda.

První varianta způsobu přípravy kompozice podle vynálezu tedy spočívá v tom, že se připraví směs obsahující výše defi8 novanou sloučeninu na bázi hliníku s alespoň jednou výše uvedenou solí, načež se tato směs uvede do styku se sloučeninou na bázi železa.

Druhá varianta způsobu přípravy kompozice podle vynálezu spočívá v tom, že se postupuje zcela symetrickým způsobem, přičemž se alespoň jedna výše uvedená sůl smísí se sloučeninou na bázi železa a to ještě před tím, než se uvedou do styku slou čeniny na bázi železa a hliníku.

Konečně třetí varianta způsobu přípravy kompozice podle vynálezu spočívá v tom, že se připraví jednak první směs obsahující alespoň jednu sloučeninu na bázi hliníku a výše uvedenou sůl a jednak druhá směs obsahující alespoň jednu sloučeninu na bázi železa a výše uvedenou sůl, načež se obě takto získané směsi uvedou do styku.

Je třeba uvést, že sůl (nebo směs solí) použitá v první směsi může být stejná jako sůl použitá ve druhé směsi nebo může být od této soli odlišná.

Kompozice podle vynálezu se výhodně připravuje za použití uvedené třetí varianty způsobu přípravy kompozice podle vynálezu.

Uvedení do styku jednak sloučeniny na bázi železa a jednak sloučeniny na bázi hliníku, přičemž tyto sloučeniny jsou smíseny s uvedenou solí podle jedné z výše uvedených variant způsobu přípravy kompozice podle vynálezu, může být provedeno zavedením jedné sloučeniny do druhé nebo opačně. Rovněž může být použito simultánní zavádění obou sloučenin.

V rámci specifického provedení vynálezu se sloučenina na bázi železa zavádí do sloučeniny na bázi hliníku.

V případě, že kompozice podle vynálezu obsahuje výše zmíněné přísady, potom mohou být tyto přísady zavedeny před uvedením do styku sloučenin na bázi železa a hliníku nebo kdykoliv potom.

Množství a koncentrace.jednotlivých složek se volí tak, aby odpovídaly množstvím a koncentracím požadovaným pro kompozici podle vynálezu.

Jak příprava směsí obsahujících jednu nebo druhou ze sloučenin na bázi železa nebo hliníku a výše uvedenou súl, tak i uvedení do styku takto připravených solí se obvykle provádí mícháním.

Doba míchání obvykle činí 5 až 60 minut. Vhodně se každý ze stupňů způsobu přípravy kompozice podle vynálezu provádí při teplotě v oblasti okolní teploty.

Vynález se konečně týká způsobu úpravy vodného prostředí, jehož podstata spočívá v tom, že se použije uvedená kompozice podle vynálezu.

Tato úprava se provádí způsoby, které jsou v daném odvětví obvyklé. Výše uvedený způsob úpravy vodného prostředí se tedy provádí tak, že se toto vodné prostředí uvede do styku s koagulačním činidlem, kterým je v daném případě kompozice podle vynálezu, v takovém množství, že vodné prostředí bude mít po úpravě požadované charakteristiky.

Hodnota pH, při které se výše uvedená úprava provádí, se mění v závislosti na kvalitě upravované vody a výhodně se pohybuje mezi 5 a 10.

Uvedená úprava vodného prostředí se obvykle provádí v oblasti okolní teploty.

Při uvedeném způsobu úpravy vodného prostředí lze rozlišit několik zpracovatelských stupňů, které se hlavně odlišují rychlostí míchání vodného prostředí, které je předmětem uvedené úpravy. Pro ilustraci a bez úmyslu uvedený způsob úpravy vodné ho prostředí jakkoliv omezit lze jako příklad uvést způsob úpravy, při kterém první stupeň spočívá v zavedení koagulačního činidla za intenzivního míchání. Ve druhé periodě se rychlost míchání sníží tak, aby mohlo dojít k účinné koagulaci.

Konečně poslední stupeň spočívá v ponechání směsi vodného prostředí a koagulačního činidla v klidu, přičemž dojde k usazení suspendovaných pevných částic. Vodné prostředí nad sedimentem se potom odtáhne a případně podrobí dalších vhodným čistícím stupňům, jakými jsou zejména biologická nitrifikace/denitrifikace nebo chemický nebo biochemický oxidační stupeň.

Vynález bude v následující části popisu blíže objasněn pomocí příkladů jeho konkrétního provedení, které mají pouze ilustrační charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen formulací patentových nároků.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Tento příklad ilustruje přípravu kompozice podle vynálezu

Směs 1:

- 50 g polychlorídu hlinitého s obsahem AljO^ 11 % a bazicitou

76,7 %.

Tento produkt odpovídá následujícímu vzorci:

/Al(OH)2,₃C1q,7//H2O/2Q,7.

- 5,55 g chloridu sodného.

Tyto produkty se smísí při okolní teplotě a získá se čirý vodný roztok.

Směs 2:

- 50 g roztoku chloridu železitého obsahujícího 41 % FeCl^ ve vodě.

1

- δ. 45 g chloridu sodného.

Kompozice podle vynálezu se potom získá zavedením směsi 2 do směsi 1 za míchání. Kompozice je stabilní i po 12 měsíčním skladování.

Příklad 2

Opakuje se postup popsaný v příkladu 1 s výjimkou spočívající v tom, že se do kompozice zavede 5 °/oo polyelektrolytu (kationtový polymer FL1840). Směsi 1 a 2 popsané v předcházejícím příkladu 1 se uvedou do styku a v okamžiku kdy získaná směs má již charakter čirého roztoku, se k této směsi přidá uvedený elektrolyt.

Takto se získá čirý roztok, ve kterém dokonce ani po 12 měsíčním skladování nedochází k tvorbě jakékoliv sraženiny.

Příklad 3

Tento příklad ilustruje použití kompozice získané v příkladu 1.

Flokulační testy se provádí v jednolitrové kádince, vybavené míchadlem, motorem otáčejícím se v průběhu každého směšovacího stupně konstantní rychlostí, hodinami a systémem, který umožňuje nastavení doby míchání.

Při uvedených testech se použije následující postup:

1) Rychlý míchací stupeň (rychlost míchání je 350 otáček za minutu) prováděný po dobu 60 sekund. V průběhu tohoto stupně se zavede koagulační kompozice. Množství této kompozice injikované do upravovaného prostředí se reguluje pomocí mikropipety.

2) Pomalý míchací stupeň (rychlost míchání je 30 otáček za minutu) prováděný po dobu 10 minut. V průběhu tohoto stupně dochází k flokulaci.

3) Klidový stupeň (bez míchání) prováděný po dobu 10 minut.

V průběhu tohoto stupně dochází k usazování suspendovaného pevného podílu.

Po posledním stupni se odeberou vzorky.

Suspendovaný podíl (S.M.) se analyzuje za podmínek NF standard T90-105.

Chemická spotřeba kyslíku (C.O.D.) se stanoví za použití zařízení DR 2000 uvedeného na trh společností HACH. Použitá metoda, která je doporučená uvedenou společností, zahrnuje měření absorpce v ultrafialové viditelné části spektra po oxidačním zpracování analyzované směsi. Získané výsledky jsou shrnuty v následující tabulce.

	Koagulační činidlo	Dekantovaná voda
Charakter	Dávka	PH ...	C.O.D.	S.M.
Surová voda	-	-	9,05	712	183
Upravená
voda	Příklad 1	23	8,96	516	48
Upravená
voda	n	61	8,85	486	36
Upravená
voda	II	122	8,73	44	24

Dávky jsou vyjádřeny v mikrolitrech koagulačního činidla na litr upravované vody.

Claims

1. Kompozice obsahující alespoň jeden zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý a alespoň jednu sloučeninu na bázi dvojmocného nebo/a trojmocného železa, vyznačená tím, že obsahuje alespoň jednu sůl zvolenou z množiny zahrnující halogenidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin.

2. Kompozice podle nároku 1,vyznačená tím, že má formu roztoku, přičemž rozpouštědlem je výhodně voda.

3. Kompozice podle nároku 2,vyznačená tím, že obsahuje alespoň jeden zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý obecného vzorce /A!„ (OH) _mCl _3n._m. _2k (S0₄) _k//H₂0/_z ve kterém n, m a k jsou kladná čísla, výraz 3n-m-2k je kladný, z je celé kladné číslo rovné alespoň 1 a k je číslo mezi 0 a 0,4xn.

4. Kopozice podle nároku 3,vyznačená tím, že obsahuje alespoň jeden zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý mající poměr (m/3n)x100 mezi 10 a 80 %, výhodně mezi 20 a 80 %.

5. Kompozice podle některého z předcházejících nároků, vyznačená tím, že koeficient k je roven nule.

6. Kompozice podle některého z předcházejících nároků, vyznačená tím, že obsahuje alespoň jeden zásaditý polychlorid nebo polychlorsíran hlinitý mající obsah hliníku, vyjádřený jako Al₂O₃/ nižší než 22 %, zejména mezi 5 a 22 % a výhodně mezi 10 a 22 %.

7. Kompozice podle některého z předcházejících nároků, v yznačená tím, že obsahuje alespoň jednu sloučeninu na bázi dvojmocného nebo/a trojmocného železa zvolenou z množiny zahrnující chloridy a sírany dvojmocného a trojmocného železa a chlorsírany trojmocného železa.

8. Kompozice podle nároku 7,vyznačená tím, že jako sloučeninu na bázi železa obsahuje chlorid železitý.

9. Kompozice podle některého z předcházejících nároků, v y »značená tím, že její hmotnostní poměr Al/Fe. činí .1 až 50 % hmotnosti, zejména 10 až 30 % hmotnosti a výhodně 10 až 20 % hmotnosti.

10. Kompozice podle některého z předcházejících nároků, v yznačená tím, že obsahuje alespoň jednu sůl zvolenou z množiny zahrnující chloridy alkalických kovů a kovů alkalických zemin.

11. Kompozice podle nároku 10, vyznačená tím, že má koncentraci výše uvedené soli nejvýše rovnou koncentraci nezbytné k získání nasycené kompozice a výhodně rovnou 1 až 5 M.

12. Kompozice podle některého z předcházejících nároků, v yznačená tím, že navíc obsahuje flokulační polyelektrolyt.

13. Kompozice podle nároku 12,vyznačená tím, * že má obsah flokulačního elektrolytu mezi 0 a 2 % hmotnosti , výhodně mezi 0 a 1 % hmotnosti.

14. Způsob přípravy kompozice podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že se uvedou do styku alespoň jedna sloučenina na bázi hliníku zvolená z množiny zahrnující zásadité polychloridy a polychlorsírany hlinité a alespoň jedna sloučenina na bázi dvojmocného nebo/a trojmocného železa, přičemž jedna nebo/a druhá sloučenina se předtím smísí s alespoň jednou solí zvolenou z množiny zahrnující halogenidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin.

15. Způsob úpravy vodného prostředí, vyznačený tím, že se uvedené vodné prostředí uvede do styku s kompozicí podle některého z předcházejících nároků 1 až 13.