RS58852B1 - Postupak i postrojenje za proizvodnju materijala za filtere koji sadrži gvožđe namenjenog za obradu vode - Google Patents

Description

OPIS PRONALASKA

Ovaj pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju materijala za filtere koji sadrži gvožđe, koji je namenjen za obradu (prečišćavanje) vode, kao i na postrojenje za primenu tog postupka i na materijal za filtere dobijen tim postupkom.

Poznato je da materijali za filtriranje vode na bazi oksida gvožđa ili hidroksida gvožđa ili oksidhidroksida gvožđa mogu iz vode da uklanjaju nepoželjne zagađivače kao što su fosfati, arsen, vanadijum, selen, antimon i drugi metali.

Patentni dokument DE 4320003 A1 opisuje postupak za proizvodnju filtera koji sadrži gvožđe namenjeno za prečišćavanje vode koji je naznačen time što FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3ili neke druge trovalentne soli gvožđa reaguju sa bazom (NaOH, KOH, ili nekom sličnom), kako bi potpuno neutralizovale trovalentno gvožđe sa pH vrednostima koje se nalaze između 6-8, i kako bi se kvantitativno dobio gvožđe-hidroksid (Fe(OH)3) kao suspenzija, nakon čega se dobijena suspenzija ispira centrifugiranjem i pretvara u hidroksidni gel, da bi se dobijeni hidroksidni gel konačno izložio uslovima rashlađivanja na temperaturama ispod -5 °C, kako bi se dobio materijal za granuliranje.

U patentnom dokumentu EP 1345688 opisan je postupak za dobijanje jednog od takvih materijala koji se sastoji od postupka u kome gvožđe-hlorida stupa u reakciju sa natrijumhidroksidom. Proizvod reakcije je gvožđe-hidroksid u obliku koloidnog rastvora, zajedno sa natrijum-hloridom. Hidroksid gvožđa se ispira od reakcione soli korišćenjem nekog od poznatih postupaka, kao što je postupak koji podrazumeva ponavljanje faze čvrstog sedimentisanja, uklanjanje plutajućeg ostatka i ponovnim dispergovanjem čvrste supstance u čistoj vodi. Po završetku ispiranja dobija se suspenzija hidroksida gvožđa koja praktično ne sadrži reakcione soli. U patentu EP1345688, koloidni rastvor se od većine vode, u kojoj se nalazi dispergovan, odvaja centrifugiranjem. Mogući su i drugi postupci za smanjenje sadržaja vode u koloidnom rastvoru, posebno filtriranje u filter presi. Jedinjenje gvožđa koje je dobijeno na ovaj način iz koloidnog rastvora je u obliku taloga na dnu centrifuge ili filterskog kolača iz filter prese, koji je više ili manje kompaktan u zavisnosti od sadržaja čvrstih supstanci u filterskom kolaču. Sadržaj vode u dobijenoj čvrstoj supstanci može da varira od 95% do oko 80%, što se može ostvariti u slučaju da se koristi filter presa.

Nedostatak ovog postupka je u tome, što se čvrsta supstanca dobijena na prethodno opisani način lako dezintegriše u vodi kojom se obrađuje i rastvara se u njoj kada se koristi u postrojenju za filtraciju.

Kako bi se prevazišao ovaj nedostatak, već je bio predložen postupak, da se koloidni rastvor osuši na sobnoj temperaturi ili nešto višoj temperaturi, dok se ne ukloni iz koloidnog rastvora više od 50% vode. Na ovaj način proizvod poprima oblik suvih ili tvrdih grudvica hidroksida. Te grudvice se zatim granuliraju, na primer u mlinovima, da bi se dobio proizvod veličine čestica pogodan za upotrebu u postrojenju za filtriranje. U ostalim slučajevima materijal koji je još uvek vlažan može da se presuje kako bi se dobili mali cilindri koji će se zatim osušiti.

Ovaj proces za rezultat ima materijala koji se odlikuje niskim kapacitetom za uklanjanje zagađivača zato što operacija sušenja dovodi do zatvaranja pora materijala i smanjivanja ukupne aktivne površine, što dovodi do velikog smanjenje specifične površine proizvoda, što je odlučujući parametar kada je u pitanju efikasnost filtriranja.

Da bi se postigla ova granulacija bez potrebe za sušenjem, poznato je da se primenjuju procesi zamrzavanja i odmrzavanja, koji se sastoje od toga da se proizvod koji je rezultat filtracije zamrzava. Efekat takvog zamrzavanja je da se voda koja se nalazi u materijalu uklanja iz njega tako što se kristali leda uvećavaju. Tokom uvećavanja, kristal izdvaja čistu vodu iz proizvoda koji tokom tog procesa ostaje koncentrisan i zbijen ali zadržava i visoku poroznost koja je određena upravo mikroskopskim kanalima kroz koje je procesom zamrzavanja izvučena voda. Nakon takvog zamrzavanja materijal se odmrzava, led se pretvara u vodu, a gvožđe-hidroksid ostaje u obliku visoko poroznih kompaktnih granula.

Nedostatak ovog postupka je to što su dobijene granule veoma malih dimenzija, tako da kada se umetnu u filter prouzrokuju visoki pad pritiska tokom prolaska vode i smanjuje ukupni protok vode. Štaviše, tokom povratnog pranja koje je uvek potrebno izvesti u postrojenju za filtriranje vode radi reklasifikacije sloja za filtriranje i uklanjanja svih lakših puteva za prolaz vode koja se obrađuje, materijal se tokom protoka radi povratnog pranja delimično rastvara i raspršuje.

Takođe je predloženo da se zamrzavanje izvrši pod visokim pritiskom, kako bi se postiglo da dobijene granule budu velikih dimenzija.

Ta procedura, međutim, ima nedostatak koji se ogleda u tome što zahteva upotrebu posuda koje su sposobne da izdrže takve visoke pritiske, koji se kreću u rasponu od 800-1000 atmosfera. Cilj ovog pronalaska je u osnovi da se eliminišu nedostaci koji su u združenom ili posebnom obliku prisutni u poznatom stanju tehnike, kako bi se omogućilo dobijanje granula velikih dimenzija, koje će biti mehanički stabilne bez upotrebe visokog pritiska, već će se, umesto pod visokim pritiskom, dobijati pod atmosferskim pritiskom, a proizvod će se nalaziti u normalnim, nezaštićenim kontejnerima.

Ovaj cilj se u skladu s pronalaskom rešava pomoću postupka za proizvodnju filtera za prečišćavanje vode koji sadrži gvožđe, kao što je navedeno u zahtevu 1.

Kako bi se taj postupak sproveo, koristi se postrojenje izvedeno u skladu s pronalaskom koje je opisano u patentnom zahtevu 8.

Predloženi pronalazak je podrobnije objašnjen u daljem tekstu sa pozivanjem na priloženi crtež na kome se nalazi šematski prikaz postrojenja za primenu postupka u skladu s pronalaskom. Kao što se može videti iz crteža, u postupku koji je izveden u skladu s pronalaskom trovalentno jedinjenje gvožđa, na primer gvožđe (III) - hlorid, reaguje sa bazom, na primer natrijumhidroksidom. Proizvod reakcije je gvožđe - hidroksid u obliku koloidnog rastvora, zajedno sa jednim soli koja se sastoji od katjona baze i anjona trovalentnog jedinjenja gvožđa.

Na primer, pogodni su svi parovi koji se mogu dobiti izborom nekog od jedinjenja gvožđa iz grupe gvožđe-hlorida, gvožđe-nitrata i gvožđe-sulfata, i grupe baza kojoj pripadaju natrijumhidroksid, kalijum-hidroksid i amonijaku.

Jedno dvovalentno jedinjenje gvožđa, kao što je gvožđe-sulfat, takođe može da se koristi kao početno jedinjenje gvožđa, te da tokom reakcije dvovalentno gvožđe oksidira u trovalentno gvožđe pomoću oksidanata kao što su vazduh ili kiseonik, koji će biti upumpavani u sredinu u kojoj se odvija reakcija-oksidacija.

Konkretno, postupak se sastoji u tome da se unutar posude 2 koja sadrži gvožđe - hlorid izaziva reakcija sa natrijum-hidroksidom koji dolazi iz posude 4, sve dok gvožđe-hlorid ne bude potpuno neutralizovan kako bi se dobilo gvožđe-hidroksid i natrijum-hlorid.

Gvožđe-hidroksid i natrijum-hlorid se zatim sprovode do keramičkih membrana 6 za ispiranje gvožđe - hidroksida iz natrijum-hlorida unakrsnim protokom.

Suspenzija gvožđe hidroksida se zatim odvodi u membransku filter odnosno presu 8, gde se deo vode uklanja, sve dok se ne dobije ploča 10 koja ima sadržaj vlage manji od 77 težinskih procenata, poželjno manji od 72 težinska procenta.

Ploča 10 se zatim ubacuje u kontejnere 12 koji su smešteni u rashladnoj komori 14 u kojoj se hlade na temperaturi nižoj od 0°C u trajanju od 24 do 240 sati, poželjno od 24 do 48 sati, u zavisnosti od dimenzija kontejnera, pri čemu se operacija obavlja pod atmosferskim pritiskom. Proizvod se zatim ostavi da se odmrzne na sobnoj temperaturi na kojoj se nalazi u obliku mehanički stabilnih zrna 16, veličine granula između 0,1 mm i 3 mm, pri čemu je procenat materijala ispod i iznad ovih granica manji od 10 težinskih procenata.

Materijal za filtriranje dobijen tim postupkom izvedenim u skladu pronalaskom ima brojne prednosti, uključujući:

- kapacitet apsorpcije arsena pri kiselosti pH 7 od oko 30 mg/g,

- mali su gubici iz sloja u filteru u koji je umetnut materijal, tako da se prilikom brzine povratnog pranja od 25 m/min uklanja samo delić materijala koji je manji od oko 1%, - voda koja prolazi kroz filter izložena je malom padu pritiska za koji je utvrđeno da je manji od 0,1 bara za sloj filtera koji je visok 1 metar.

Praktični primer je opisan u daljem tekstu.

1000 kg vode uvedeno je u prvi reaktor opremljen mešalicom. Dodato je 63 kg gvožđe-hlorida u 40% rastvoru.

250 kg vode je uvedeno u drugi reaktor. U drugi reaktor je posle toga dodato 65 kg natrijumhidroksida u 30% rastvoru.

Razblaženi rastvor natrijum-hidroksida iz drugog reaktora polako se dodaje pomoću pumpe za doziranje u razblaženi rastvor gvožđe-hlorida koji se nalazi u prvom reaktoru.

Dodavanje se nastavlja uz mešanje dok se neprekidno kontroliše pH vrednost, sve dok se ne dostigne vrednost pH 7.

Tokom reakcije temperatura se povećava za oko 2°C.

Posle reakcije disperzija gvožđe hidroksida koja je dobijena na ovaj način ispira se unakrsnim protokom pomoću aparata za ultra filtraciju, koji se sastoji od membrana od silicijum-karbida, pri čemu slana voda propuštena kroz membrane nastavlja da se zamenjuje čistom vodom sve dok natrijum-hlorid koji je stvoren tokom reakcije ne bude praktično potpuno eliminisan. Isprana suspenzija gvožđe-hidroksida se filtrira pomoću membranske filter prese sve dok se ne postigne pritisak od oko 12 bara. Dobijena ploča ima sadržaj čvrste materije od oko 28%. Ploča, svedena na delove veličine oko pet centimetara, postavlja se u plastični kontejner sa tankim zidovima debljine od oko 1 mm, koji se oslanja na polistirensku ploču, a na vrhu je pokriven drugom polistirenskom pločom, koja je jednostavno položena preko kontejnera. Kontejner se ubacuje u rashladnu komoru u kojoj se održava temperatura od -8,5 °C (± 1 °C), a temperatura u središtu kontejnera, znači u srcu materijala, konstantno se prati.

Posle 41 sata, temperatura u središtu kontejnera dostiže – 8,2 °C.

Temperatura se na način opisan u prethodnom delu teksta može održavati konstantnom na manje od 0°C, ili može da se menja u skladu sa unapred određenim programom.

Na primer, u drugom eksperimentu rashladna komora je podešena tako da u početku radi na temperaturi od -5 °C tokom 12 sati, zatim na temperaturi od -7.5 °C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -10 °C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -15 °C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -20 °C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -25 °C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -30 °C poslednjih 12 sati. Ukupno vreme zadržavanja u rashladnoj komori bilo bi 84 sata, a na kraju ciklusa bi temperatura u središtu kontejnera dostigla -21 °C.

Kontejner se uklanja iz rashladne komore i proizvod se ostavlja da se odmrzne na sobnoj temperaturi.

Gore pomenuta sobna temperatura kreće se između vrednosti 8 °C i 15 °C. Proces odmrzavanja traje 240 sati.

Posle odmrzavanja, dobijeni granulat imao karakteristike navedene u prethodnom delu teksta.

Claims (8)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak za proizvodnju filtera za prečišćavanje vode koji sadrži gvožđe, naznačen time, da:

- stvara se reakcija trovalentnog jedinjenja gvožđa i baze u unutrašnjosti posude (2) sve dok trovalentno gvožđe nije potpuno neutralizovano, kako bi se dobilo gvožđehidroksid i so koja se sastoji od anjona trovalentnog jedinjenja gvožđa i katjona baze,

- gvožđe-hidroksid i so se dovode u keramičke membrane (6) kako bi se gvožđehidroksid ispirao od soli u unakrsnom protoku,

- suspenzija gvožđe-hidroksida se dovodi u membransku filter presu (8), gde se deo vode uklanja, kako bi se dobila ploča (10) koja ima sadržaj vlage manji od 77 težinskih procenata,

- ploča (10) se ubacuje u kontejnere (12),

- kontejneri (12) se postavljaju unutar rashladne komore (14) koja radi na atmosferskom pritisku i u kojoj se hlade na temperaturi nižoj od 0°C u trajanju od 24 do 240 sati.

2. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time, što se kontejneri smeštaju u rashladnu komoru koja radi na temperaturi od -5°C tokom 12 sati, zatim na temperaturi od -7.5°C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -10°C tokom sledećih 12 sati , zatim na temperaturi od -15°C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -20°C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -25°C tokom sledećih 12 sati, zatim na temperaturi od -30°C poslednjih 12 sati.

3. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time, što se kontejneri (12) postavljaju unutar rashladne komore (14) koja radi pod atmosferskim pritiskom i na temperaturama nižim od 0°C u vremenu između 24 i 48 sati.

4. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time, da se trovalentno jedinjenje gvožđa bira iz grupe u kojoj se nalaze gvožđe-hlorid, gvožđe-nitrat, gvožđe-sulfat.

5. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time, da se baza bira iz grupe u kojoj se nalaze natrijum-hidroksid, kalijum-hidroksid, amonijak.

6. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time, da se trovalentno gvožđe dobija od dvovalentnog jedinjenja gvožđa, koje tokom reakcije oksidira i postaje trovalentno gvožđe, pomoću oksidansa koji se upumpava u sredinu u kojoj se odvija reakcija.

7. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time, da se obavlja filtracija kako bi se dobila ploča sa sadržajem vlage manjim od 72 težinska procenta.

8. Postrojenje za izvođenje postupka u skladu sa zahtevom 1, naznačeno time, da sadrži:

- posudu (2) za mešanje trovalentnog jedinjenja gvožđa i baze, kako bi se potpuno neutralizovalo trovalentno gvožđe i dobio gvožđe-hidroksid i so koja se sastoji od anjona jedinjenja trovalentnog gvožđa i katjona baze,

- najmanje jednu keramičku membranu (4) za ispiranje gvožđe-hidroksida od soli u unakrsnom protoku,

- membransku filter presu (8) za gvožđe-hidroksid koji prolazi kroz keramičku membranu, pomoću koje se dobija ploča (10) sa sadržajem vlage manjim od 77 težinskih procenata,

- najmanje jedan kontejner (12) za ploču koja se dobija filtriranjem gvožđehidroksida,

- rashladnu komoru (14) za kontejner (12) sa pločom u njemu, pri čemu navedena komora radi na atmosferskom pritisku i na temperaturama nižim od 0°C.