1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29254
(51) C02F 1/52 (2006.01)
C02F 1/58 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1917.1
(22) 19.12.2013
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(72) Бейсембетов Искандер Калыбекович;
Кенжалиев Багдаулет Кенжалиевич; Курапов
Георгий Георгиевич; Сармурзина Раушан Гайсиевна
(73) Акционерное общество "Казахстанско-
Британский технический университет"
(56) RU 2195434 C2, кл. C02F 1/52, 27.12.2002
(54) КОАГУЛЯНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ
ВОДЫ
(57) Изобретение относится к области экологии, в
частности к технологии очистки и обеззараживания
природных вод в процессе водоподготовки и
физико-химической очистки сточных вод от
токсичных соединений природного и техногенного
происхождения с применением разного вида
коагулянтов, и может быть использовано для
улучшения состояния и сохранения здоровья
человека и охраны окружающей среды.
Согласно изобретению в качестве коагулянта
применяют активированный алюминиевый сплав с
добавками индия, галлия и олова. Содержание
каждой добавки составляет от 0,5 до 5 масс. %.
Сплав с таким содержанием перечисленных
добавок обладает высокой активностью при
взаимодействии с водой. Реакция проходит с
образованием гидроксида алюминия и водорода в
любых водных растворах.
(19)KZ(13)A4(11)29254

2. 29254
2
Изобретение относится к области экологии, в
частности к технологии очистки и обеззараживания
природных вод в процессе водоподготовки и
физико-химической очистки сточных вод от
токсичных соединений природного и техногенного
происхождения с применением разного вида
коагулянтов, и может быть использовано для
улучшения состояния и сохранения здоровья
человека и охраны окружающей среды.
Известны коагулянты, наибольшее
распространение среди которых для очистки
природных и сточных вод получили коагулянты,
содержащие алюминий, в частности, сульфат
алюминия, оксихлорид алюминия и алюминат
натрия, из которых сульфат алюминия используется
наиболее часто (Справочник по очистке природных
и сточных вод. Пааль Л.Л., Кару Я.Я., Мендер Х.А.,
Репин Б.Н. - М.: Высш. шк., 1994. с.51-58).
Однако этими коагулянтами не достигается
высокая степень очистки и обеззараживания
природных и сточных вод, основной их недостаток
состоит в значительном количестве остаточного
алюминия в очищенной воде.
Известен коагулянт на основе алюминия (Патент
РФ №2126365, МПК C02F 1/52, C01F 7/74, опубл.
20.02.1999), который представляет собой
гидрокарбоалюминат кальция в виде однородного
порошка серо-белого цвета. Гидрокарбоалюминат
кальция получают как попутный продукт
производства глинозема способом
гидрохимического синтеза из щелочно-
карбоалюминатных растворов и извести при
комплексной переработке нефелинов. Однако
высокая стоимость нефелина, более редко
встречающегося в природе, чем, например, бокситы,
сказывается на высокой стоимости самого
коагулянта. Кроме того, промежуточный продукт
(белый шлам), из которого получают
гидрокарбоалюминат кальция, используется в
основном получают гидрокарбоалюминат кальция,
используется в основном производстве глинозема
для обескремнивания алюминатных растворов. В
связи с этим глиноземные заводы не заинтересованы
в производстве этого коагулянта.
Известна композиция гранулированного
материала (Патент РФ №2228304, МПК C02F 1/72,
C02F 1/28, B01J 20/06, опубл. 10.05.2004),
содержащая катализатор на основе Mn (II) и
адсорбент на основе оксидов железа, магния,
марганца и кремния. Однако известная композиция
имеет недостаточно высокую способность
обеззараживания и обесцвечивания очищаемой
воды.
Известен коагулянт для очистки промышленных
сточных вод с применением коагулянтов (Патент
РФ №2019520, МПК C02F 1/52, C02F 1/58, B01D
21/01, опубл. 15.09.1994), содержащих природный
алюмосиликат, имеющий в своем составе
соотношение оксида кремния к оксиду алюминия
3,9-4,16 и соотношение природного алюмосиликата
к минеральной кислоте в соотношении 0,07-0,25.
Однако известный коагулянт имеет недостаточно
высокую степень очистки.
Недостатками данного способа подготовки
питьевой воды с использованием сернокислого
алюминия являются слабая активность вводимого
вещества в условиях температур ниже 15°С и при
обработке мутной воды в период обильных дождей
или весеннего паводка.
Наиболее близким по назначению и
техническому результату является коагулянт,
описанный в патенте РФ №2195434 (МПК C02F
1/52, опубл. 27.12.2002 г.). Коагулянт представляет
активированный кальций-алюминат, содержащий
соединения алюминия, оксид кремния, оксид
кальция, оксид железа, оксид натрия, оксид магния
и диоксид серы. Коагулянт получают обработкой
шлама - промежуточного продукта производства
глинозема, причем обработку ведут 2%-ным водным
раствором бикарбоната натрия и сульфата натрия в
соотношении 1:1 в течение не менее 5 мин с
последующим отделением, высушиванием и
измельчением осадка. Очистку сточных и
природных вод ведут активированным кальций-
алюминатом в виде водной суспензии в количестве
не менее 3 мг/дм3
при перемешивании не менее 0,1
мин. Описанный коагулянт фактически является в
большей степени адсорбентом для растворенных в
воде ионов тяжелых металлов и их гидроксидов и
основных солей. Частицы дисперсной фазы
суспензии являются центрами хлопьеобразования и
одновременно утяжелителями, благодаря чему
происходит ускорение процесса коагуляции и как
следствие в целом повышается эффективность
очистки вод.
Недостатком известного способа является
недостаточно высокая эффективность очистки воды
при пониженных температурах, вероятность
коррозионной активности воды, а также солевого
фона очищаемой воды. Все эти факторы в целом
приводят к риску заболеваний из-за качества
используемой воды, а также сокращению срока
службы сетей и водоводов и снижению их
пропускной способности.
Задачей изобретения является создание нового
коагулянта для очистки питьевой воды,
повышающего эффективность очистки природных
вод в соответствии с установленными нормами, при
которых не происходит снижение щелочности и
водородного показателя воды, а также обладающего
бактерицидным эффектом и улучшающего качество
питьевой воды.
Технически результатом изобретения является
повышение эффективности очистки природных вод
и улучшение качества питьевой воды.
Это достигается тем, что в заявляемом
коагулянте для очистки питьевой воды, содержащем
алюминий, согласно изобретению, применяют
активированный алюминиевый сплав. В частности
предлагается сплав алюминия с добавками индия,
галлия и олова. Содержание каждой добавки
составляет от 0,5 до 5 масс. %.
Сплав с таким содержанием перечисленных
добавок обладает высокой активностью при
взаимодействии с водой. Реакция проходит с

3. 29254
3
образованием гидроксида алюминия и водорода в
любых водных растворах.
Ниже приведены конкретные примеры
использования предлагаемого изобретения.
Пример 1.
Для проведения исследований приготовили
сплав, содержащий 97 вес.% Аl, 1 Bec.% Ga, 1 вес.%
In, 1 Bec.% Sn (образец №1). При проведении
опытов в лаборатории выдерживали условия
экспериментов аналогичные действующим на
городских водных станциях. При лабораторных
исследованиях в пробу воды объемом 1 дм3 вводили
(6-10)* 10-6
кг/дм3
хлора и навеску сплава алюминия
по заявляемому изобретению, перемешивали
электрическими мешалками в течение 300 с. После
чего мешалки отключали и вода отстаивали 3600с.
Затем воду фильтровали через бумажный фильтр и
проводили определение характеристик согласно
методикам, изложенным в Государственных
Стандартах.
В таблице 1 приведены результаты анализа
исходной речной воды, обработанной по
стандартной технологии и с применением
различных доз активированного алюминия. Речная
вода была плохого качества, с большим
количеством мутных частиц, забор воды из реки
проводили после обильных дождей.
Из таблицы следует, что при введении в воду до
250*10-6
кг/дм3
активированного алюминия
основные характеристики обработанной воды
укладываются в требования ГОСТов к питьевой
воде. При дальнейшем увеличении дозы вводимого
активированного алюминия в воде наблюдается
завышенное по отношению к предельно
допустимому количество остаточного алюминия
при одновременном улучшении других
характеристик.
Таблица 1.
Результаты исследования речной воды до и после обработки сплавом 97% Аl, 1% Ga, 1% In, 1% Sn.
Параметры№ п.п.
Доза Аl, 10-6
кг/дм3
Мутность 10-6
кг/дм3
Цветность. Град. pH Остат. Аl, 10-6
кг/дм3
1 50 2,9 19 8,25 0,12
2 100 1,5 15 8,35 0,23
3 250 1,3 13 8,65 0,40
4 500 0,33 11 8,85 0,78
5 750 0,18 9 9,0 1,14
6 1000 0,07 6 9,15 1,33
Предельно допускаемые значения 1,5 20 6,0-9,0 0,5
Исходная вода 15 35 8,6 0,08
Вода после стандартной обработки 3,5 17 8,3 0,24
Дополнительно был проведен
бактериологический анализ воды после обработки
ее активированным алюминием.
Исходная вода - 3600 бак. В 10-6
дм3
.
Посев после обработки воды активированным
алюминием дозой 100*10-6
кг/дм3
сплавом 97
вес.%Аl, 1 вec.%Ga, 1 вес.%In, l%Sn:
Через 3600с - 250 бак. в 10-6
дм3
;
Через 10800с - 310 бак. в 10-6
дм3
.
Пример 2.
Для определения оптимального содержания
активирующих добавок были приготовлены сплавы,
состав которых приведен в таблице 2.
Таблица 2
Состав исследованных сплавов.
Содержание компонентов сплава, вес.%№ образца
Аl Ga In Sn
1 99,0 0,2 0,5 0,3
2 98,5 0,5 0,5 0,5
3 92,0 2,0 1,0 5,0
4 92,5 0,5 2,0 5,0
5 85,0 5,0 5,0 5,0
6 86,0 5,0 3,0 6,0
Испытания образцов проводилось по методике,
описанной в примере 1.
Для очистки воды использовали 250*10-6
кг/дм3
исследуемого сплава. Обработку воды проводили в
течение одного часа. Результаты испытаний
приведены в таблице 3.

4. 29254
4
Таблица 3.
Результаты исследования речной воды до и после обработки сплавами Al-Ga-In-Sn различного состава.
Параметры№ образца
Мутность 10-6
кг/дм3
Цветность. Град. pH Остат. Аl, 10-6
кг/дм3
Содержание
бактерий, 10-6
дм3
1 1,9 16 8,25 0,62 620
2 1,2 15 8,45 0,33 260
3 1,2 13 8,65 0,40 280
4 0,50 11 8,85 0,31 300
5 0,24 12 9,15 0,24 250
6 0,24 11 9,15 0,33 260
Из таблицы 3 следует, что при введении в воду
до 250*10-6
кг/дм3
активированного алюминия
основные характеристики воды, обработанной
сплавами 2-6 укладываются в требования ГОСТов к
питьевой воде. При увеличении содержания каждой
активирующей добавки в сплаве выше 5% не
приводит к существенному улучшению результатов,
но увеличивает стоимость сплава.
Таким образом, показана возможность
использования активированного алюминия в
качестве коагулянта для очистки воды природных
источников для получения высококачественной
питьевой воды, способствующей сохранению
здоровья и долголетия человека и обеспечения
экологической безопасности человека и
окружающей среды.
Воздействие продуктов реакции
активированного алюминия не только улучшает
свойства воды, но имеет и бактерицидный эффект.
Реакция взаимодействия алюминия с водой
экзотермическая из чего следует, что использование
сплавов на основе алюминия будет особенно
эффективно в холодное время года, при весенних и
осенних паводках.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Коагулянт для очистки питьевой воды,
содержащий активированный кальций-алюминат,
отличающийся тем, что коагулянт представляет
собой сплав алюминия с индием, галием и оловом, в
следующих соотношениях компонентов, мас.%:
In - 0,5 - 5, 0
Ga - 0,5 - 5, 0
Sn - 0,5 - 5, 0
Al - остальное.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова