Коагулянт для очистки воды от лакокрасочных материалов

 

Изобретение относится к области физико-химической очистки сточных вод окрасочных производств, в частности, к реагентам для извлечения из воды водо- и органоразбавляемых лакокрасочных материалов. В коагулянт для очистки сточных вод на основе хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей и катионных полиэлектролитов дополнительно введены активированный бентонит, анионный полиэлектролит с мол.м. от 5 до 15 миллионов у.е. и содержанием анионных групп не менее 5% и карбонат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: хлориды или сульфаты двух- и трехвалентных металлов или их смеси - 30-55; активированный бентонит - 3-65; катионный полиэлектролит - 1-2; анионный полиэлектролит - 1-2; карбонат натрия - остальное. Заявляемый коагулянт повышает эффективность очистки сточных вод от лакокрасочных материалов до 98,0-99,4%, расширяет спектр действия и требует в 6-7 раз меньшего расхода. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области физико-химической очистки сточных вод окрасочных производств, в частности к реагентам для извлечения из воды водо- и органоразбавляемых лакокрасочных материалов (ЛКМ) на основе акриловых, меламиновых, полиуретановых, нитроцеллюлозных, эпоксидных и алкидных пленкообразующих, и может быть использовано в деревообрабатывающей, машиностроительной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен порошкообразный коагулянт, содержащий 5-60 мас.% сульфата алюминия, 10-35 мас.% карбоната натрия, 10-40 мас.% гидроксида натрия, 5-25 мас. % силиката натрия, 10-25 мас.% фосфата натрия и 1-5 мас.% гидроксида алюминия, для извлечения из воды красок на основе меламиноалкидных смол (Пат. РФ N 95109054, кл. С 02 F 1/52, заявлено 02.06.95, опубл. 20.06.97).

Недостатком известного коагулянта является низкий эффект осветления обрабатываемой воды, обусловленный наличием в коагулянте до 75 мас.% щелочных компонентов (карбоната и гидроксида натрия), создающих щелочную среду, в которой происходит эмульгирование лакокрасочных примесей, и узкая область применения коагулянта (только для извлечения меламиноалкидных лакокрасочных материалов).

Известен водный коагулянт для очистки воды от лакокрасочных материалов, в состав которого входит 15-20 мас. % Zn-фосфатного шлама, 20-26 мас.% азотной кислоты и 0,3-0,5 мас.% борной кислоты, 1-3 мас.% триэтаноламина, 1 мас. % полиакриламида и остальное вода (Пат. РФ N 2006482, кл. С 02 F 1/58, заявлено 25.02.93, опубл. 30.01.94).

Недостатком известного коагулянта является его высокая коррозионная активность и необходимость дополнительной нейтрализации очищенных сточных вод.

Известен коагулянт для очистки воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов, содержащий бентонит и флокулянт-сополимер акриламида и акрилата натрия в соотношении (20-100) : 1 (Пат. РФ N 2064445, кл. С 02 F 1/56, заявлено 10.05.89, опубл. 27.07.96).

Недостатком известного коагулянта является низкая эффективность извлечения лакокрасочных материалов из сточных вод.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является коагулянт для очистки промышленных и бытовых сточных вод, содержащий: хлориды и сульфаты двух- и трехвалентных металлов - хлорид, оксихлорид, гидрохлорид и полихлорид алюминия, хлорид или сульфат трехвалентного железа, хлориды и сульфаты кальция и магния, а также смеси этих соединений в количестве 0,05-10 мас.%; катионный полиэлектролит - сополимеры акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом, сополимеры на основе метакриламида с гидрохлоридом N, N¹-диметиламиноэтилакрилата, гомополимеры диметиламиноэтилметакрилата, кватернизированного диметилсульфатом, сополимеры акриламида с диметилдиаллиламонийхлоридом, с плотностью заряда 2-10 мг-экв./л и молекулярной массой от 200 тысяч до 10 миллионов у.е. в количестве 0,001-2 мас.%; буферирующую добавку - карбонат и гидрокарбонат натрия, либо ацетат натрия и уксусную кислоту, либо гидрофталат калия и соляную кислоту, либо триэтаноламин и соляную кислоту или гидрофосфат и дигидрофосфат натрия, в количестве 0,05-10 мас.%; вода - остальное.

pH коагулянта составляет 0,1-2,75 (Пат. РФ N 2114068, кл. С 02 F 1/56, заявлено 29.09.97, опубл. 27.06.98).

Недостатками известного коагулянта являются: низкая эффективность коагулянта для извлечения из воды различных видов лакокрасочных материалов (70-74%); высокая коррозионная активность коагулянта (pH 0,1- 2,75); низкое содержание основного вещества в коагулянте; сложность применения, транспортировки и хранения в условиях низких температур из-за большого содержания воды в коагулянте (до 99,9%); низкое содержание буферирующей добавки в коагулянте, что требует дополнительной операции по корректировке pH обрабатываемой воды.

Техническим результатом от использования заявляемого коагулянта является повышение эффективности очистки сточных вод от лакокрасочных материалов различных видов, расширение спектра действия коагулянта и снижение расхода коагулянта.

Технический результат достигается тем, что в коагулянт для очистки сточных вод на основе хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей и катионных полиэлектролитов дополнительно введены активированный бентонит, анионный полиэлектролит с молекулярной массой от 5 до 15 миллионов у. е. и содержанием анионных групп не менее 5%, и карбонат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Хлориды или сульфаты 2- и 3-валентных металлов или их смеси - 30-55
Активированный бентонит - 3-65
Катионный полиэлектролит - 1-2
Анионный полиэлектролит - 1-2
Карбонат натрия - Остальное
В качестве катионного полиэлектролита используют сополимеры акриламида с метилхлоридом или бензилхлоридом диметиламиноэтилметакрилата, сополимер акриламида с N-триметиламмонийэтилметакрилатметилсульфатом, сополимеры акриламида с гидрохлоридом диметиламиноэтилакрилата или ацетатом диметиламиноэтилакрилата, полидиметиламиноэтилметакрилат уксуснокислый, полидиметиламиноэтилметакрилат солянокислый, поли-N-триметиламмонийтилметакрилатметилсульфат и поли-N- триметиламмонийэтилметакрилатбензолсульфонат.

В качестве анионного полиэлектролита используют сополимеры акриламида или метакриламида с акрилатом и метакрилатом натрия, гидролизованный полиакриламид, полиакрилат натрия.

Только совместное применение хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей, катионного и анионного полиэлектролитов, активированного бентонита и карбоната натрия в коагулянте для очистки сточных вод при предлагаемом соотношении ингредиентов обеспечивает технический результат: повышение эффективности очистки сточных вод от лакокрасочных материалов различных видов до 98-99,4%, расширение спектра действия коагулянта и снижение расхода коагулянта в 6-7 раз.

Данные, свидетельствующие о преимуществах предложенного коагулянта по сравнению с известным, представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что реализация предложенного коагулянта позволяет повысить эффективность очистки промышленных сточных вод от лакокрасочных материалов с 70-74% до 98-99,4%, снизить расход коагулянта в 6-7 раз. Содержание ЛКМ в очищенной воде уменьшается с 198-270 мг/л до 5-17 мг/л, а расход коагулянта уменьшается с 2,5-3,5 г/л до 0,35-0,6 г/л.

Достигаемый результат может быть объяснен следующим образом.

Использование в предлагаемом коагулянте активированного бентонита, который обладает повышенной адсорбционной и коагулирующей способностью вследствие изменения в процессе активации его структуры и химического состава, приводит к повышению эффективности очистки воды от лакокрасочных примесей.

Использование в предложенном коагулянте активированного бентонита совместно с хлоридами или сульфатами двух- и трехвалентных металлов или их смесями, приводит к дополнительной его активации, коагуляции загрязнений и способствует повышению эффективности очистки воды и снижению расхода коагулянта.

Использование в предложенном коагулянте карбоната натрия способствует увеличению скорости гидролиза солей алюминия или железа при низких температурах, дополнительной активации бентонита и поддержанию оптимальной величины pH, что приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению расхода коагулянта.

Использование в предложенном коагулянте анионного полиэлектролита приводит к образованию полимерных комплексов с катионным полиэлектролитом, что способствует образованию крупных, легко отделяемых хлопьев загрязнений и повышению эффективности очистки воды.

Данные, свидетельствующие об оптимальности выбранных интервалов ингредиентов предлагаемого коагулянта, представлены в табл. 2.

Из таблицы 2 следует, что при содержании хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей в составе ниже 30% уменьшается их активирующая способность по отношению к бентониту, снижается количество продуктов гидролиза, а эффективность очистки от лакокрасочных материалов уменьшается. Содержание ЛКМ в очищенной воде увеличивается с 8 до 35-43 мг/л, т. е. в 4-5 раз (табл.2, строки 3,13,15).

При содержании хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей более 55% при их гидролизе происходит снижение pH ниже оптимального и содержание ЛКМ в очищенной воде увеличивается в 3-3,7 раза, с 10 до 30-37 мг/л (табл.2, строки 4,14).

При содержании активированного бентонита в коагулянте ниже 3% снижается адсорбционная способность коагулянта и содержание ЛКМ в очищенной воде увеличивается в 3,8 раза, с 10 до 38 мг/л (табл.2, строка 6).

Увеличение содержания активированного бентонита в коагулянте более 65%, экономически невыгодно, поскольку эффективность очистки практически не меняется (табл.2, строка 5), а объем образующегося осадка увеличивается.

Уменьшение содержания катионного полиэлектролита в коагулянте ниже 1% приводит к снижению флокуляционной активности коагулянта и увеличению содержания ЛКМ в очищенной воде с 10 до 45 мг/л, т.е. в 4,5 раза (табл.2, строка 7).

Увеличение содержания катионного полиэлектролита выше 2% вызывает стабилизирующий эффект по отношению к скоагулированным частицам лакокрасочных материалов, их плохому отделению от воды и снижению эффективности очистки. Остаточное содержание ЛКМ в очищенной воде увеличивается в 5 раз, с 8 до 40 мг/л, (табл.2, строка 8).

Уменьшение содержания анионного полиэлектролита ниже 1% приводит к уменьшению количества полимерных комплексов, связывающих скоагулированные микрохлопья загрязнений, и увеличению содержания ЛКМ в очищенной воде с 10 до 56 мг/л, т.е. в 5,6 раза (табл.2, строка 9).

Увеличение содержания анионного флокулянта выше 2% вызывает стабилизирующий эффект по отношению к скоагулированным частицам лакокрасочных материалов и приводит к увеличению содержания ЛКМ в очищенной воде с 8 до 50 мг/л, т.е. в 6 раз (табл.2, строка 10).

Уменьшение содержания карбоната натрия ниже 1% приводит к снижению pH, уменьшению степени гидролиза коагулянта и увеличению содержания ЛКМ в очищенной воде с 8 до 34 мг/л, т.е. в 4 раза (табл.2, строка 11).

Увеличение содержания карбоната натрия выше 40% приводит к созданию щелочной среды, растворению продуктов гидролиза солей металлов и увеличению содержания ЛКМ в очищенной воде в 3,9 раза, с 10 до 39 мг/л (табл.2, строка 12).

Предлагаемый коагулянт для очистки от лакокрасочных материалов получают путем смешения отдельных ингредиентов: хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей, катионного и анионного полиэлектролитов, активированного бентонита и карбоната натрия при соотношении ингредиентов (мас.%):
Хлориды или сульфаты двух- и трехвалентных металлов или их смеси - 30-55
Активированный бентонит - 3-65
Катионный полиэлектролит - 1-2
Анионный полиэлектролит - 1-2
Карбонат натрия - Остальное
Полученный коагулянт вводят в обрабатываемую воду в виде порошка или 5 - 10%, например, 8% суспензии при интенсивном перемешивании в течение 7-10 минут и образующиеся хлопья загрязнений отделяют отстаиванием, флотацией или фильтрованием. Эффективность очистки промышленных сточных вод от лакокрасочных материалов различных видов составляет 98-99,4 %.

Пример 1
0,45 г коагулянта, содержащего 0,2475 г (55%) сернокислого алюминия, 0,0135 г (3%) активированного бентонита, 0,0045 г (1%) катионного полиэлектролита-сополимера акриламида с метилхлоридом диметиламиноэтилметакрилата, 0,0045 г (1%) анионного полиэлектролита-сополимера акриламида с акрилатом натрия, и 0,18 г (40%) карбоната натрия, добавляют при перемешивании к 1 л сточной воды, содержащей 0,9 г/л водоэмульсионного акрилового лакокрасочного материала. Затем краскосодержащую воду перемешивают 7 мин и отстаивают 5 мин. Остаточное содержание лакокрасочных материалов составляет 10 мг/л. Эффективность очистки от лакокрасочного материала составляет 98,9%.

Пример 2
Процесс ведут аналогично примеру 1: 0,45 г коагулянта, содержащего 0,135 г (30%) сернокислого алюминия, 0,2925 г (65%) активированного бентонита, 0,009 г (2%) катионного полиэлектролита - сополимера акриламида с метилхлоридом диметиламиноэтилметакрилата, 0,009 г (2%) анионного полиэлектролита-сополимера акриламида с акрилатом натрия, и 0,0045 г (1%) карбоната натрия, добавляют при перемешивании к 1 л сточной воды, содержащей 0,9 г/л водоэмульсионного акрилового лакокрасочного материала. Остаточное содержание лакокрасочных материалов составляет 8 мг/л. Эффективность очистки от лакокрасочного материала составляет 99,1 %.

Пример 3
Процесс ведут аналогично примеру 1: 0,45 г коагулянта, содержащего 0,18 г (40%) сернокислого алюминия, 0,1575 г (35%) активированного бентонита, 0,00675 г (1,5%) катионного полиэлектролита-сополимера акриламида с метилхлоридом диметиламиноэтилметакрилата, 0,00675 г (1,5%) анионного полиэлектролита-сополимера акриламида с акрилатом натрия, и 0,099 г (22%) карбоната натрия, добавляют при перемешивании к 1 л сточной воды, содержащей 0,9 г/л водоэмульсионного акрилового лакокрасочного материала. Остаточное содержание лакокрасочных материалов составляет 9 мг/л. Эффективность очистки от лакокрасочного материала составляет 99%.

Примеры 4-11
Процесс ведут аналогично примеру 1. Коагулянт в количестве 0,45 г, содержащий 0,2475 г (55%) хлорида или сульфата двух- и трехвалентных металлов или их смеси, 0,0135 г (3%) активированного бентонита, 0,0045 г (1%) катионного полиэлектролита, 0,0045 г (1%) анионного полиэлектролита и 0,18 г (40%) карбоната натрия, добавляют при перемешивании к 1 л сточной воды, содержащей 0,9 г/л водоэмульсионного акрилового лакокрасочного материала. Затем краскосодержащую воду перемешивают 7 мин и отстаивают 5 мин.

Данные по составам коагулянтов и эффективности очистки воды при их применении (по примерам 4-11) приведены в табл. 3.

Предлагаемый коагулянт по сравнению с известным обеспечивает повышение эффективности очистки сточных вод от лакокрасочных материалов на основе акриловых, меламиновых, полиуретановых, нитроцеллюлозных, эпоксидных и алкидных пленкообразующих с 70-74% до 98-99,4%, расширение спектра действия коагулянта и снижение расхода коагулянта в 6-7 раз. Содержание ЛКМ в очищенной воде уменьшается с 198-270 мг/л до 5-17 мг/л, а расход коагулянта уменьшается с 2,5-3,5 г/л до 0,35-0,6 г/л.

Формула изобретения

1. Коагулянт для очистки сточных вод от лакокрасочных материалов на основе хлоридов или сульфатов двух- и трехвалентных металлов или их смесей и катионных полиэлектролитов, отличающийся тем, что он содержит активированный бентонит, анионный флокулянт с мол.м. от 5 до 15 миллионов у.е. и содержанием анионных групп не менее 5% и карбонат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Хлориды или сульфаты 2- и 3-валентных металлов или их смеси - 30 - 55
Активированный бентонит - 3 - 65
Катионный полиэлектролит - 1 - 2
Анионный полиэлектролит - 1 - 2
Карбонат натрия - Остальное
2. Коагулянт по п.1, отличающийся тем, что в качестве катионного полиэлектролита используют сополимеры акриламида с метилхлоридом или бензилхлоридом диметиламиноэтилметакрилата, сополимер акриламида с N-триметиламмонийэтилметакрилатметилсульфатом, сополимеры акриламида с гидрохлоридом диметиламиноэтилакрилата или ацетатом диметиламиноэтилакрилата, полидиметиламиноэтилметакрилат уксуснокислый, полидиметиламиноэтилметакрилат солянокислый, поли-N-триметиламмонийэтилметакрилатметилсульфат, поли-N-триметиламмонийэтилметакрилатбензолсульфонат.

3. Коагулянт по п.1, отличающийся тем, что в качестве анионного полиэлектролита используют сополимеры акриламида или метакриламида с акрилатом и метакрилатом натрия, гидролизованный полиакриламид, полиакрилат натрия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3