ПОВЕРХНОСТНО-ОБРАБОТАННЫЙ КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ И ФИЛЛОСИЛИКАТ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ОЧИСТКЕ ВОДЫ
SURFACE-PROCESSED CALCIUM CARBONATE AND PHYLLOSILICATE AND THEIR USE IN WATER PURIFICATION

Данное изобретение касается способа очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков, применения комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков, а также применения комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для снижения количества полимерных помощников флокуляции в воде и/или илах и/или осадках, и композитного материала, содержащего, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси, происходящие из разных источников, получаемый с помощью упомянутого способа.
Загрязнение воды вызвало серьезную проблему во всем мире. В этой связи, загрязнение воды считается основной причиной смерти и заболеваний в развивающихся странах, но промышленные страны также продолжают бороться с такими проблемами загрязнения. Обычно вода, илы и осадки считаются загрязненными, когда они ухудшены посредством антропогенных примесей, и либо не соответствуют использованию людьми, например служить в качестве питьевой воды, и/или оказывают отрицательное воздействие на водную и/или земную флору и фауну.
Конкретные загрязнители или примеси, приводящие к загрязнению воды, илов и осадков, включают в себя широкое множество химических веществ, патогенов и физических или сенсорных изменений, таких как повышенная температура и изменение цвета. В этой связи, химические примеси могут включать органические вещества, а также неорганические вещества. В частности, многие неорганические компоненты могут также встречаться в природе (соли кальция, соли натрия, соли марганца и т.д.), так что их концентрация часто является ключом в определении, что является естественным компонентом воды, ила или осадка, а что является примесью. Источники такого загрязнения воды, ила или осадка обычно происходят из городских сточных вод, т.е. бытовых сточных вод или смеси бытовых сточных вод с промышленными сточными водами и/или речными водами, а также промышленных сточных вод, т.е. любых сточных вод, которые выпускают из помещений, используемых для осуществления какой-либо работы или промышленности.
В данной области техники было предложено несколько подходов для очистки загрязненной воды, илов или осадков. Например, один подход включает в себя добавление флокулянтов, чтобы удалять или, по меньшей мере, снижать количество примесей, таких как тонкие твердые вещества, микроорганизмы и растворенные неорганические и органические материалы. Флокуляцией называется способ, в котором растворенные соединения и/или коллоидные частицы удаляются из раствора в форме хлопьевидных частиц или "хлопьев". Данный термин также используют, чтобы обозначать способ, с помощью которого тонкие частицы заставляют скапливаться в хлопья. Хлопья могут затем всплывать вверх в жидкости, оседать на дно жидкости или могут легко отфильтровываться от жидкости.
Флокулянты или агенты флокуляции представляют собой химические вещества, которые используют, чтобы вызывать флокуляцию. Флокулянты используют в способах водоочистки, чтобы улучшать оседание или фильтруемость мелких частиц. Многие флокулянты представляют собой многовалентные катионы, такие как алюминий, железо, кальций или магний. Эти положительно заряженные ионы взаимодействуют с отрицательно заряженными частицами и молекулами, снижая барьеры для агрегации. Кроме того, многие из этих химических веществ при соответствующем рН и других условиях реагируют с водой, образуя нерастворимые гидроксиды, которые при осаждении соединяются вместе, образуя длинные цепи или сетки, физически захватывая мелкие частицы в большие хлопья.
Обычно применяемыми флокулянтами или коагулянтами являются сульфат алюминия или хлорид полиалюминия (ПАХ). Сульфат алюминия реагирует с водой с образованием хлопьев гидроксида алюминия. Коагуляция соединениями алюминия может оставлять остаток алюминия в конечной воде, который может быть токсичен для людей при высоких концентрациях. В растворах хлорида полиалюминия (ПАХ) ионы алюминия сформированы в полимеры, состоящие из кластеров ионов, связанных атомами кислорода. ПАХ применяют, например, для очистки коричневой питьевой воды, содержащей органические материалы, такие как листья, и/или неорганические материалы, такие как соединения железа или марганца, которые вызывают коричневое окрашивание. Однако ПАХ обычно недостаточен для удаления всего коричневого окрашивания из воды.
Хлорид железа (III) является другим обычным коагулянтом. Коагулянты с железом (III) работают в большем интервале рН, чем сульфат алюминия, но они не эффективны со многими источниками воды. Коагуляция соединениями железа обычно оставляет остаток железа в конечной воде. Это может придавать легкий вкус воде и может вызывать коричневатые пятна на фарфоровых принадлежностях. Кроме того, хлорид железа (III) вызывает опасность коррозии в системах водоочистки.
Другие хорошо известные флокулянты для очистки воды, основанные на высокой удельной площади поверхности, такие как активированный уголь или бентонит, имеют общим недостатком то, что их очень трудно отделять после адсорбции удаляемого вещества из среды из-за их мелкозернистого состояния.
Специалист также знает US 2006/0273039 А1, который касается продукта и устройства для очистки воды или промышленных и сточных вод, который включает в себя смесь диатомита, которую нагревают и перемешивают, чтобы придать увеличенный отрицательный электрический заряд диатомиту. ЕР 2 0111 766 А1 касается способа снижения количества органических компонентов в воде, в котором поверхностно-обработанный природный карбонат кальция и гидрофильный адсорбент, выбранный из группы, состоящей из талька, гидрофобизованного карбоната кальция, гидрофобизованного бентонита, гидрофобизованного каолинита, гидрофобизованного стекла или любой их смеси, приводят в контакт с очищаемой водой, причем поверхностно-обработанный карбонат кальция является продуктом реакции природного карбоната кальция с кислотой и диоксидом углерода, который образуется in situ путем кислотной обработки и/или подается извне, и поверхностно-обработанный природный карбонат кальция готовят в виде водной суспензии, имеющей рН больше чем 6,0, измеренный при 20 °С. ЕР 1 982 759 А1 касается способа очистки воды, в котором поверхностно-обработанный природный карбонат кальция приводят в контакт с очищаемой водой, причем поверхностно-обработанный природный карбонат кальция является продуктом реакции природного карбоната кальция с кислотой и диоксидом углерода, который образуется in situ путем кислотной обработки и/или подается извне. ЕР 1 974 807 А1 касается удаления эндокринных разрушающих соединений из водной среды путем добавления поверхностно-обработанного природного карбоната кальция или водной суспензии, содержащей поверхностно-обработанный карбонат кальция и имеющей рН больше чем 6,0, измеренный при 20 °С, к среде, где поверхностно-обработанный карбонат кальция является продуктом реакции природного карбоната кальция с диоксидом углерода и одной или несколькими кислотами. ЕР 1 974 806 А1 касается способа очистки воды путем добавления поверхностно-обработанного природного карбоната кальция или водной суспензии, содержащей поверхностно-обработанный карбонат кальция и имеющей рН больше чем 6,0, измеренный при 20 °С, к среде, где поверхностно-обработанный карбонат кальция является продуктом реакции природного карбоната кальция с диоксидом углерода и одной или несколькими кислотами. ЕР 1 493 716 А1 касается способа очистки сточной воды, в котором в сточную воду, содержащую фторид ион и/или фосфат ион, добавляют кальцийсодержащее соединение, и затем добавляют пленкообразующий агент и комплексующий агент.
Одна проблема с добавлением таких флокулянтов, однако, заключается в том, что они склонны связывать и агломерировать только органические примеси, тогда как неорганические примеси остаются тонко диспергированными в образце воды. Кроме того, флокулированный материал необходимо удалять из водной фазы посредством процесса обезвоживания, такого как фильтрация или центифугирование, чтобы полученный осадок на фильтре можно было устранять путем, например, сжигания. Однако из-за общей неполноты способа флокуляции содержание воды в таком полученном осадке на фильтре является относительно высоким, приводя к сильному увеличению расхода энергии на сжигание.
Другая стратегия включает в себя использование полимерных помощников флокуляции в соединении с другими неорганическими флокулянтами. Однако, когда используется в комбинации с одним из вышеуказанных неорганических флокулянтов, таким как хлорид железа (III), полимерный помощник флокуляции должен быть катионным, т.е. должен иметь положительный суммарный заряд, чтобы эффективно выступать в качестве помощника флокуляции. Длинные цепочки положительно заряженных полимеров могут помогать укреплению хлопьев, делая их большими, быстрее оседающими и легче отфильтровывающимися. Из-за ограничения катионными полимерами гибкость данного способа снижается.
Известным полимерным помощником флокуляции является полиакриламид. Путем использования особых сомономеров может быть обеспечен анионный, а также катионный полиакриламид. Однако, как уже указано выше, когда используют в комбинации с неорганическими флокулянтами, такими как хлорид железа (III), эффективным является только катионный полиакриламид.
Одна при таком подходе одной проблемой является то, что эти полимерные помощники флокуляции обычно передозируют в большой степени, чтобы гарантировать агломерацию всех тонких твердых частиц в обрабатываемой воде. Таким образом, после отделения флокулированного материала от водной фазы содержание полиакриламида в фильтрате обычно увеличено из-за больших количеств использованных полимерных помощников флокуляции. Однако, так как есть строгие экологические правила в отношении воды, содержащей полимерные помощники флокуляции и особенно полиакриламид, данный фильтрат нельзя легко выбрасывать в окружающую среду, и, таким образом, требуются дополнительное время и расходы на этапы очистки, чтобы удалять полимерный помощник флокуляции из фильтрата.
Следовательно, существует постоянная потребность в альтернативных способах очистки воды, которые обеспечивают лучшее исполнение, чем существующие способы, и эффективно снижают концентрацию примесей, и особенно неорганических примесей, и концентрацию полимерных помощников флокуляции в обрабатываемой сточной воде, но позволяют легкость выполнения при низких затратах.
Эта и другие цели решаются посредством объекта настоящего изобретения. Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков, содержащий следующие этапы:
а) обеспечение очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка, содержащего примеси;
b) обеспечение, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция, в котором, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер,
с) обеспечение, по меньшей мере, одного филлосиликата и
d) обеспечение контакта воды и/или ила и/или осадка с этапа а) с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) для получения композитного материала, содержащего, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси.
Изобретатели неожиданно обнаружили, что вышеуказанный способ согласно настоящему изобретению дает лучшее качество очищенной воды при меньшем количестве полимерных помощников флокуляции, чем у воды, илов и/или осадков, обработанных таким же образом, но без контакта с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция и, по меньшей мере, одним филлосиликатом (этап (с)). Более точно, изобретатели обнаружили, что качество воды, получаемой с помощью способа очистки, может быть улучшено путем определенного добавления, по меньшей мере, одного карбоната кальция, который является поверхностно-обработанным катионными полимерами, в комбинации с, по меньшей мере, одним филлосиликатом. Кроме того, изобретатели обнаружили, что обезвоживание илов и/или осадков может быть улучшено или облегчено путем определенного добавления, по меньшей мере, одного карбоната кальция, который является поверхностно-обработанным катионными полимерами, в комбинации с, по меньшей мере, одним филлосиликатом.
Следует понимать, что для целей настоящего изобретения следующие термины имеют следующее значение:
Термин "очистка" в понимании настоящего изобретения относится к удалению вредных соединений и/или других соединений, недопустимых в воде. Кроме того, данный термин относится к снижению концентрации естественно присутствующих соединений в воде.
Термин "обезвоживание" в понимании настоящего изобретения относится к удалению остаточной жидкости из илов и/или осадков.
Термин "примеси" в понимании настоящего изобретения относится к естественно присутствующим соединениям, когда их концентрация в воде и/или иле и/или осадке находится выше естественной концентрации, и/или соединениям, которые не присутствуют естественным образом.
Термин "карбонат кальция" в понимании настоящего изобретения относится к земному или природному карбонату кальция (ПКК), и/или синтетическому или осажденному карбонату кальция (ОКК), и/или поверхностно-модифицированному карбонату кальция (МКК). "Природный карбонат кальция" (ПКК) в понимании настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из природных источников, таких как известняк, мрамор или мел, или доломит, и подвергнутый такой обработке, как измельчение, отсеивание и/или фракционирование мокрым и/или сухим способом, например, с помощью циклона или сортировочной машины. "Осажденный карбонат кальция" (ОКК) в понимании настоящего изобретения представляет собой синтезированный материал, обычно получаемый осаждением после реакции диоксида углерода и извести в водной среде или осаждением источника ионов кальция и карбоната в воде. "Поверхностно-модифицированный карбонат кальция" в понимании настоящего изобретения относится к природному карбонату кальция и/или осажденному карбонату кальция, полученному путем его реакции с кислотой или ионами и с диоксидом углерода до приготовления поверхностно-обработанного карбоната кальция, где диоксид углерода образуется in situ путем кислотной обработки и/или подается из внешнего источника.
Термин "поверхностно-обработанный" карбонат кальция в понимании настоящего изобретения относится к природному карбонату кальция и/или осажденному карбонату кальция, и/или поверхностно-модифицированному карбонату кальция, который был обработан катионными полимерами посредством дополнительного этапа обработки, чтобы сделать поверхность частиц карбоната кальция более катионной.
Термин "катионный полимер" в понимании настоящего изобретения относится к любому полимеру, обеспечивающему суммарный положительный заряд, когда он присоединяется к частицам карбоната кальция. Таким образом, присутствие анионных мономерных звеньев не исключается, пока есть достаточно катионных мономерных звеньев, обеспечивающих суммарный положительный заряд. То же относится к амфотерным полимерам, которые обеспечивают суммарный положительный заряд, когда они присоединяются к частицам карбоната кальция.
Термин "доступная площадь поверхности" в понимании настоящего изобретения относится к поверхности частиц карбоната кальция, которая доступна или открыта для катионного полимера, наносимого путем технологий смешения и/или нанесения, известных специалисту, и, тем самым, образует монослой катионного полимера на поверхности частиц карбоната кальция. В этой связи следует отметить, что количество катионного полимера, требуемое для полного насыщения доступной площади поверхности, определяется как монослойная концентрация. Таким образом, большие концентрации могут быть выбраны для формирования двухслойных или многослойных структур на поверхности частиц карбоната кальция. Такие монослойные концентрации легко могут быть вычислены специалистом на основании публикации Papirer, Schutz and Turchi (Eur. Polym. J., Vol. 20, No. 12, pp. 1155-1158, 1984).
Термин "филлосиликат" в понимании настоящего изобретения относится к любому листовому силикатному материалу.
Другой аспект настоящего изобретения касается применения комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков, где, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыт покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер. Другой аспект настоящего изобретения касается применения комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для снижения количества полимерных помощников флокуляции в воде и/или илах и/или осадках, где, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыт покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер.
W
Предпочтительно, когда поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит природный карбонат кальция и/или осажденный карбонат кальция, и/или поверхностно-модифицированный карбонат кальция, предпочтительно поверхностно-модифицированный карбонат кальция. Еще более предпочтительно, когда поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит, по меньшей мере, один катионный полимер а) имеющий плотность положительного заряда в интервале от 1 мЭкв/г до 15 мЭкв/г, более предпочтительно в интервале от 2,5 мЭкв/г до 12,5 мЭкв/г и наиболее предпочтительно в интервале от 5 мЭкв/г до 10 мЭкв/г, и/или b) в котором, по меньшей мере, 60% мономерных звеньев имеют катионный заряд, предпочтительно, по меньшей мере, 70%, более предпочтительно, по меньшей мере, 80%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% и наиболее предпочтительно 100%, и/или с) имеющий средневзвешенную молекулярную массу М ниже 1000000 г/моль, более предпочтительно от 50000 до 750000 г/моль, еще более предпочтительно от 50000 до 650000 г/моль и наиболее предпочтительно от 100000 до 300000 г/моль, и/или d) представляющий собой гомополимер, основанный на мономерных звеньях, выбранных из группы, состоящей из солей диаллилдиалкиламмония; третичных и четвертичных аминов; четвертичных иминов; акриламида; метакриламида; N,N-диметилакриламида; акриловой кислоты; метакриловой кислоты; винилсульфоновой кислоты; винилпирролидона; гидроксилэтилакрилата; стирола; метилметакрилата и винилацетата, предпочтительно солей диаллилдиалкиламмония и акриловой кислоты и наиболее предпочтительно хлорида диаллилдиалкиламмония и акриловой кислоты, е) представляющий собой сополимер, основанный на мономерных звеньях, выбранных солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, и сомономерных звеньях, выбранных из группы, состоящей из акриламида; метакриламида; N,N-диметилакриламида; акриловой кислоты; винилсульфоновой кислоты; винилпирролидона; гидроксилэтилакрилата; стирола; метилметакрилата и винилацетата, и их смесей, предпочтительно мономерные звенья выбирают из солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, а сомономерные звенья выбирают из акриламида и акриловой кислоты. Также предпочтительно, когда, по меньшей мере, 10% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим катионный полимер, предпочтительно, по меньшей мере, 20% доступной площади поверхности, более предпочтительно, по меньшей мере, 30%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 40% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50% доступной площади поверхности. Также предпочтительно, когда филлосиликат представляет собой бентонит, предпочтительно бентонит, содержащий глинистые минералы, выбранные из монтмориллонитов и сопутствующих минералов, выбранных из группы, содержащей кварц, слюду, каолинит, полевой шпат, пирит, кальцит, кристобалит и их смеси. Также предпочтительно, когда массовое отношение поверхностно-обработанный карбонат кальция : филлосиликат составляет от 10:1 до 1:10, более предпочтительно от 5:1 до 1:5 и еще более предпочтительно от 2:1 до 1:2.
Еще один аспект настоящего изобретения касается композитного материала, содержащего, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси, получаемый с помощью данного способа.
Когда впоследствии делается ссылка на предпочтительные варианты осуществления или технические детали предлагаемого способа очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков, следует понимать, что эти предпочтительные варианты осуществления или технические детали также относятся к предлагаемому применению комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков, к предлагаемому применению комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для снижения количества полимерных помощников флокуляции в воде и/или илах и/или осадках, а также композитному материалу, содержащему, меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси, заданному здесь, и наоборот (поскольку применимо). Если, например, указано, что поверхностно-обработанный карбонат кальция, обеспеченный в предлагаемом способе, предпочтительно содержит природный карбонат кальция и/или осажденный карбонат кальция и/или поверхностно-модифицированный карбонат кальция, предлагаемые применения и предлагаемый композитный материал также содержат природный карбонат кальция и/или осажденный карбонат кальция и/или поверхностно-модифицированный карбонат кальция.
Согласно одному варианту осуществления предлагаемого способа воду и/или ил и/или осадок на этапе а) выбирают из промышленной сточной воды, питьевой воды, городской сточной воды, ила, такого как портовый ил, речной ил, прибрежный ил или созревший ил, сточной воды или технологической воды из пивоваренных заводов или других заводов по производству напитков, сточной воды или технологической воды от бумажной промышленности, промышленности для получения красителей, пигментов или покрытий, сельскохозяйственной сточной воды, сточной воды скотобойни, сточной воды кожевенной промышленности и промышленности по дублению кожи.
Согласно другому варианту осуществления предлагаемого способа, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция из этапа b) содержит природный карбонат кальция и/или осажденный карбонат кальция и/или поверхностно-модифицированный карбонат кальция, предпочтительно поверхностно-модифицированный карбонат кальция или природный карбонат кальция.
Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого способа источник природного карбоната кальция (ПКК) выбирают из мрамора, мела, кальцита, доломита, известняка и их смесей, и/или осажденный карбонат кальция (ОКК) выбирают из одной или нескольких арагонитовых, фатеритовых и кальцитовых минералогических кристаллических форм.
W
Согласно одному варианту осуществления предлагаемого способа покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит, по меньшей мере, один катионный полимер а) имеющий плотность положительного заряда в интервале от 1 мЭкв/г до 15 мЭкв/г, более предпочтительно в интервале от 2,5 мЭкв/г до 12,5 мЭкв/г и наиболее предпочтительно в интервале от 5 мЭкв/г до 10 мЭкв/г, и/или b) в котором, по меньшей мере, 60% мономерных звеньев имеют катионный заряд, предпочтительно, по меньшей мере, 70%, более предпочтительно, по меньшей мере, 80%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% и наиболее предпочтительно 100%, и/или с) имеющий средневзвешенную молекулярную массу М ниже 1000000 г/моль, более предпочтительно от 50000 до 750000 г/моль, еще более предпочтительно от 50000 до 650000 г/моль и наиболее предпочтительно от 100000 до 300000 г/моль, и/или d) представляющий собой гомополимер, основанный на мономерных звеньях, выбранных из группы, состоящей из солей диаллилдиалкиламмония; третичных и четвертичных аминов; четвертичных иминов; акриламида; метакриламида; N,N-диметилакриламида; акриловой кислоты; метакриловой кислоты; винилсульфоновой кислоты; винилпирролидона; гидроксилэтилакрилата; стирола; метилметакрилата и винилацетата, предпочтительно солей диаллилдиалкиламмония и акриловой кислоты и наиболее предпочтительно хлорида диаллилдиалкиламмония и акриловой кислоты, или е) представляющий собой сополимер, основанный на мономерных звеньях, выбранных солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, и сомономерных звеньях, выбранных из группы, состоящей из акриламида; метакриламида; N,N-диметилакриламида; акриловой кислоты; метакриловой кислоты; винилсульфоновой кислоты; винилпирролидона; гидроксилэтилакрилата; стирола; метилметакрилата; винилацетата и их смесей, предпочтительно мономерные звенья выбирают из солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, а сомономерные звенья выбирают из акриламида и акриловой кислоты.
Согласно другому варианту осуществления предлагаемого способа, по меньшей мере, 10% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим катионный полимер, предпочтительно, по меньшей мере, 20% доступной площади поверхности, более предпочтительно, по меньшей мере, 30%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 40% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50% доступной площади поверхности.
Согласно другому варианту осуществления предлагаемого способа, по меньшей мере, один филлосиликат представляет собой бентонит, предпочтительно бентонит, содержащий глинистые минералы, выбранные из монтмориллонитов и сопутствующих минералов, выбранных из группы, содержащей кварц, слюду, каолинит, полевой шпат, пирит, кальцит, кристобалит и их смеси.
Согласно одному варианту осуществления предлагаемого способа этап контактирования d) осуществляют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата из этапа с) к воде и/или илу и/или осадку из этапа а) до и/или во время и/или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция из этапа b) к воде и/или илу и/или осадку из этапа а).
Согласно другому варианту осуществления предлагаемого способа этап контактирования d) осуществляют путем добавления смеси, содержащей, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция из этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат из этапа с), к воде и/или илу и/или осадку из этапа а).
Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого способа этап контактирования d) осуществляют путем добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция из этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата из этапа с) к воде и/или илу и/или осадку из этапа а) с массовым отношением, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : по меньшей мере, один филлосиликат от 10:1 до 1:10, более предпочтительно от 5:1 до 1:5 и еще более предпочтительно от 2:1 до 1:2.
Согласно одному варианту осуществления предлагаемого способа этап контактирования d) осуществляют путем, по меньшей мере, частичного покрытия поверхности обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка из этапа а), по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция из этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом из этапа с), и/или путем смешения обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка из этапа а) с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция из этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом из этапа с).
Как указано выше, предлагаемый способ очистки воды и/или обезвоживания илов и/или осадков содержит этапы а), b), с) и d). В дальнейшем к дополнительным подробностям настоящего изобретения и, особенно, вышеупомянутым этапам предлагаемого способа очистки воды относится обеспечение улучшенного осадка на фильтре и качества воды в том отношении, что снижается количество полимерных помощников флокуляции.
Этап а): обеспечение очищаемой воды и/или ила и/или осадка
Согласно этапу а) способа настоящего изобретения обеспечивается очищаемая вода и/или обезвоживаемый ил и/или осадок, где данная вода и/или ил и/или осадок содержит примеси.
Воду и/или ил и/или осадок, очищаемые с помощью способа настоящего изобретения, предпочтительно выбирают из промышленной сточной воды, питьевой воды, городской сточной воды, ила, такого как портовый ил, речной ил или созревший ил, сточной воды или технологической воды из пивоваренных заводов или других заводов по производству напитков, сточной воды или технологической воды от бумажной промышленности, промышленности для получения красителей, пигментов или покрытий, сельскохозяйственной сточной воды, сточной воды скотобойни, сточной воды кожевенной промышленности и промышленности по дублению кожи.
В контексте настоящего изобретения термин "технологическая вода" относится к любой воде, которая необходима для выполнения или поддержания промышленного способа. Термин "сточная вода" относится к любой воде, вытекающей из места ее применения, например, промышленного завода.
Термин "ил" в понимании настоящего изобретения относится к любому типу ила, например, первичному илу, биологическому илу, смешанному илу, созревшему илу, физико-химическому илу и минеральному илу. В этой связи, первичный ил поступает из процесса осаждения и обычно содержит большие и/или плотные частицы. Биологический ил поступает из биологической обработки сточных вод и обычно образован из смеси микроорганизмов. Эти микроорганизмы, главным образом бактерии, объединяются в бактериальные хлопья путем синтеза экзополимеров. Смешанный ил представляет собой смесь первичного и биологического ила и обычно содержит от 35 %масс до 45 %масс первичного ила и от 65 %масс до 55 %масс биологического ила. Созревший ил поступает из этапа биологической стабилизации в способе, называемом сбраживанием, и обычно выполняемом на биологическом или смешанном иле. Он может быть получен при разных температурах (мезофильный или термофильный) и в присутствии или в отсутствие кислорода (аэробный или анаэробный). Физико-химический ил является результатом физико-химической обработки сточной воды и образован из хлопьев, полученных при химической обработке. Минеральный ил представляет собой ил, полученный во время минеральных способов, таких как способы обогащения при добыче камня или руды и, по существу, содержит минеральные частицы разных размеров.
В контексте настоящего изобретения термин "осадок" относится к любым водосодержащим частицам встречающегося в природе материала.
Предпочтительно, обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок содержит органические примеси и/или неорганические примеси.
Согласно способу настоящего изобретения обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок содержит неорганические примеси. Термин "неорганические примеси" в понимании настоящего изобретения относится к встречающимся в природе соединениям, когда их концентрация в воде и/или иле и/или осадке превышает естественную концентрацию, обычно наблюдаемую в воде, и/или к соединениям, которые не встречаются в природе.
В частности, многие неорганические примеси обычно присутствуют в виде растворенных неорганических веществ, т.е. неорганических веществ в растворе, таких как бикарбонаты кальция и/или магния, которые увеличивают временную жесткость, тогда как сульфаты и хлориды вызывают постоянную жесткость. Другие неорганические примеси, присутствующие в воде и/или иле и/или осадке, включают диоксид углерода, который растворяется в воде, давая слабокислую карбоновую кислоту, соли натрия, силикаты, выщелачиваемые из слоев речного песка, хлориды из солевых интрузий, алюминий от добавления химических веществ и минералов, фосфаты из удобрений, фтористые соединения, происходящие из добавок, способствующих прочности зубов, и в виде выбросов от заводов удобрений и алюминиевых заводов, нитратные и нитритные соединения, происходящие в виде слива от применения удобрений, а также как утечки из септиктенков, сточные воды или хлор, происходящие от хлорирования городских систем для борьбы с заболеваниями, передающимися через воду, и цианидные соединения, происходящие из выбросов сталепроизводящих и металлопроизводящих заводов, а также заводов по производству пластиков и удобрений.
Если обрабатываемая вода и/или ил и/или осадки содержат примеси тяжелых металлов, они обычно представляют собой соединения двухвалентного и трехвалентного железа, происходящие из минералов и ржавых железных труб; соединения сурьмы, происходящие из выбросов нефтеперерабатывающих заводов, огнезащитных веществ или электроники; соединения мышьяка, происходящие от эрозии природных отложений, стоков из фруктовых садов, стоков из отходов производства стекла и электроники; соединения бария в виде выбросов буровых отходов и от металлообрабатывающих заводов; соединения бериллия, происходящие из выбросов металлообрабатывающих заводов и сжигающих уголь заводов, а также электронной, аэрокосмической и оборонной промышленности; соединения кадмия, происходящие от процессов коррозии гальванизированных труб, выбросов из металлообрабатывающих заводов и стоков из отходов аккумуляторов и красок; соединения хрома, происходящие из выбросов от сталелитейных и целлюлозных заводов; соединения кобальта и никеля, происходящие от металлообрабатывающих заводов и стоков из отходов аккумуляторов; соединения меди и свинца, происходящие от процессов коррозии бытовых водопроводных систем; соединения селена, происходящие из выбросов нефтеперерабатывающих заводов и шахт, таких как шахты для добычи металлов или металлических руд или любые другие шахты, производящие загрязненный ил; соединения таллия, происходящие как продукты выщелачивания из мест переработки руд, а также от выбросов из заводов по производству электроники, стекла и лекарств, или соединения цинка или ртути, происходящие от горной промышленности, плавления металлов (таких как цинк, свинец и кадмий) и производства стали, а также сгорание угля и определенные отходы могут выделять цинк в окружающую среду.
Кроме того, обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок могут также содержать органические примеси. В контексте настоящего изобретения термин "органические примеси" следует понимать в широком смысле, и он охватывает особые органические соединения, такие как поверхностно-активные вещества, полициклические соединения, холестерин или эндокринные разрушающие соединения, а также более сложные органические материалы (например, органический материал из микроорганизмов).
Примеси в понимании настоящего изобретения охватывают органические, неорганические, биологические, минеральные примеси или их комбинации, где упомянутые примеси могут присутствовать в растворенной, диспергированной или эмульгированной форме, а также в коллоидной форме или адсорбированными на твердых веществах, а также в их комбинации или в других формах.
Предпочтительно, очищаемая вода и/или ил и/или осадок включает в себя, по меньшей мере, одну из следующих органических примесей, которые выбраны из группы, состоящей из поверхностно-активных веществ; холестерина; эндокринных разрушающих соединений; аминокислот; белков; углеводов; пеногасителей; проклеивающих веществ, выбранных из группы, состоящей из димера алкилкетена (АКD), ангидрида алкенилянтарной кислоты (АSА) или их смесей; поливинилацетатов; полиакрилатов, в частности полиакрилатного латекса; стирол-бутадиеновых сополимеров, в частности стирол-бутадиенового латекса; микроорганизмов; минеральных масел; растительных масел и жиров; или любой их смеси.
В другом варианте осуществления способа настоящего изобретения органические примеси также содержат смолу. Термин "деготь", используемый в настоящем изобретении, относится к особому типу органического материала, образующегося в способе изготовления бумаги или целлюлозы. Основным источником волокна в изготовлении бумаги является древесина, которая разрушается до составляющих ее волокон во время варки целлюлозы путем объединения измельчающей, термической и химической обработки. Во время этого процесса природная смола, содержащаяся в древесине, выделяется в технологическую воду в форме микроскопических капель. Эти капли называют дегтем. Химический состав дегтя обычно разделяют на четыре класса липофильных компонентов: жиры и жирные кислоты; стериловые сложные эфиры и стеролы; терпеноиды; и воски. Химический состав зависит от источника волокна, такого как разнообразие деревьев, и от сезонного роста, из которого получают образец.
Если органический компонент представляет собой поверхностно-активное вещество, данное поверхностно-активное вещество может быть ионным или неионным. Если поверхностно-активное вещество является анионным, оно может иметь функциональную группу, выбранную из карбоксилата, сульфата или сульфоната. Если поверхностно-активное вещество является катионным, его функциональная группа может быть четвертичной аммониевой группой.
Если обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок содержит эндокринные разрушающие соединения, их предпочтительно выбирают из группы, содержащей, например, эндогенные гормоны, такие как 17β-эстрадиол (Е2), эстрон (Е1), эстриол (Е3), тестостерон или дигидротестостерон; фито- и мико-гормоны, такие как β-ситостерол, генистейн, даидзеин или зералеон; лекарственные средства, такие как 17 β-этинилэстрадиол (ЕЕ2), местранол (МЕ), диэтилстилбестрол (DЕS) и промышленные химические вещества, такие как 4-нонилфенол (NР), 4-трет-октилфенол (ОР), бисфенол А (ВРА), трибутилолово (ТВТ), метилртуть, фталаты, РАК или РСВ.
Если обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок содержит пеногаситель, он может представлять собой простой эфир гликоля оксида этилена, пеногаситель на основе силиконового масла, пеногаситель на основе сложного эфира жирной кислоты или любую их смесь. Пеногаситель предпочтительно может выбираться из клейких. Клейкие вещества представляют собой компоненты, потенциально образующие осадок, происходящие из вторичной бумаги. Обычно примерами являются клеи, тугоплавкие пластики, чернила для печати и латекс. Бумажная промышленность применяет различные количества вторичного волокна или бумаги в качестве источника бумажного волокна в производстве конечных бумажных продуктов. Вторичная бумага часто загрязнена синтетическими полимерными материалами, указанными выше, и эти полимерные материалы называют клейкими веществами в области изготовления бумаги. Клейкие вещества отличаются от дегтя, который является естественным смолистым материалом, извлекаемым из древесины. Можно сослаться на E.L. Back and L.H. Allen, "Pitch Control, Wood Resin and Deresination", Tappi Press, Atlanta, 2000, где клейкие вещества описаны более подробно.
Если обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок содержит микроорганизмы, их предпочтительно выбирают из бактерий, грибков, археобактерий или простейших.
Предпочтительные растительные масла представляют собой съедобные масла, такие как кокосовое масло, кукурузное масло, хлопковое масло, масло канола, пальмовое масло, соевое масло, подсолнечное масло или льняное масло.
Точный состав обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка и, особенно, количество неорганических и/или органических примесей меняется в зависимости от происхождения загрязненной воды и/или ила и/или осадка.
Этап b): обеспечение, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция
Согласно этапу b) способа настоящего изобретения обеспечивается, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция.
Согласно предлагаемому способу, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыт покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер.
Выражение "по меньшей мере, один" поверхностно-обработанный карбонат кальция означает, что один или несколько типов поверхностно-обработанного карбоната кальция могут быть обеспечены в настоящем способе.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения только один тип поверхностно-обработанного карбоната кальция обеспечивается в текущем способе. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения смесь, по меньшей мере, двух типов поверхностно-обработанного карбоната кальция обеспечивается в текущем способе.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения данный, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция представляет собой один тип поверхностно-обработанного карбоната кальция.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит земной (или природный) карбонат кальция (ПКК) или осажденный (или синтетический) карбонат кальция (ОКК) или поверхностно-модифицированный карбонат кальция (МКК). В другом предпочтительном варианте осуществления поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит смесь, по меньшей мере, двух карбонатов кальция, выбранных из ПКК, ОКК и МКК. Например, поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит смесь ПКК и ОКК. Альтернативно, поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит смесь ПКК и МКК. Альтернативно, поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит смесь ОКК и МКК.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит поверхностно-модифицированный карбонат кальция (МКК) или природный карбонат кальция (ПКК).
Например, поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит поверхностно-модифицированный карбонат кальция (МКК). Альтернативно, поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит природный карбонат кальция (ПКК).
Земной (или природный) карбонат кальция (ПКК) понимается как встречающаяся в природе форма карбоната кальция, добываемая из осадочных пород, таких как известняк или мел, или из метаморфических мраморных пород. Известно, что карбонат кальция существует в виде трех типов кристаллических полиморфных модификаций: кальцит, арагонит и фатерит. Кальцит, самая обычная кристаллическая полиморфная модификация, считается наиболее стабильной кристаллической формой карбоната кальция. Менее обычен арагонит, который имеет дискретную или кластеризованную игольчатую орторомбическую кристаллическую структуру. Фатерит является самой редкой полиморфной модификацией карбоната кальция и обычно нестабилен. Природный карбонат кальция представляет собой почти исключительно кальцитную полиморфную модификацию, которая называется тригонально-ромбоэдрической и является наиболее стабильной из полиморфных модификаций карбонат кальция.
Предпочтительно, источник природного карбоната кальция выбирают из группы, содержащей мрамор, мел, кальцит, доломит, известняк и их смеси. В одном варианте осуществления настоящего изобретения источником природного карбоната кальция является кальцит. Альтернативно, источником природного карбоната кальция является известняк.
Термин "источник" карбоната кальция в понимании настоящего изобретения относится к встречающемуся в природе, минеральному материалу, из которого получают карбонат кальция. Источник карбоната кальция может содержать другие, встречающиеся в природе компоненты, такие как карбонат магния, алюмосиликат и т.д.
Дополнительно или альтернативно, поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит осажденный карбонат кальция (ОКК). Полиморфные модификации карбоната кальция из ОКК часто включают, в дополнение к кальцитам, менее стабильные полиморфные модификации арагонитового типа, которая имеет орторомбическую игольчатую кристаллическую форму, и гексагонального фатеритового типа, которая имеет даже меньшую стабильность, чем арагонит. Разные формы ОКК могут быть идентифицированы согласно их характерным пикам рентгеновской дифракции (ХRD). Синтез ОКК наиболее обычно происходит с помощью синтетической реакции осаждения, которая включает в себя этап контакта диоксида углерода с раствором гидроксида кальция, причем последний чаще всего обеспечивается в форме водной суспензии оксида кальция, также известного как негашеная известь, и суспензии, которая обычно известна как известковое молочко. В зависимости от условий реакции этот ОКК может возникать в разных формах, включая стабильные и нестабильные полиморфные модификации. В действительности, ОКК часто представляет собой термодинамически нестабильный материал карбоната кальция. В контексте настоящего изобретения ОКК следует понимать, как означающий синтетический карбонат кальция, полученный, в основном, карбонизацией суспензии гидроксида кальция, обычно называемой в технике известковой суспензией или известковым молочком, когда ее получают из тонко измельченных частиц оксида кальция в воде.
Предпочтительный осажденный карбонат кальция выбирают из арагонитовой, фатеритовой или кальцитной минералогических кристаллических форм или их смесей.
Дополнительно или альтернативно, упомянутый ПКК или ОКК может реагировать с поверхности, образуя поверхностно-модифицированный карбонат кальция, который является материалом, содержащим ПКК и/или ОКК и нерастворимую, по меньшей мере, частично кристаллическую, не карбонатную соль кальция, распространяющуюся от поверхности, по меньшей мере, части карбоната кальция. Такие поверхностно-модифицированные продукты могут быть приготовлены, например, согласно WО 00/39222, WО 2004/083316, WО 2005/121257, WО 2009/074492, ЕР 2 264 108 А1, ЕР 2 264 109 А1.
а
а
а
2
3
4
3
4
а
+
-
+
Например, поверхностно-модифицированный карбонат кальция получают путем реакции природного карбоната кальция и/или осажденного карбоната кальция с кислотой и с диоксидом углерода до приготовления поверхностно-обработанного карбоната кальция, где диоксид углерода образуется in situ путем кислотной обработки и/или подается из внешнего источника. Кислотная обработка может выполняться кислотой, имеющей рК при 25°С 6 или меньше. Если рК при 25°С составляет 0 или меньше, кислоту предпочтительно выбирают из серной кислоты, соляной кислоты или их смесей. Если рК при 25°С составляет от 0 до 2,5, кислоту предпочтительно выбирают из НSО, МНSО (М обозначает ион щелочного металла, выбранного из группы, содержащей натрий и калий), НРО, щавелевой кислоты или их смесей. Если рК при 25°С составляет от 2,5 до 6, кислоту предпочтительно выбирают из уксусной кислоты, муравьиной кислоты, пропионовой кислоты и их смесей. Кроме того, объекты из ЕР 2 264 108 А1 и ЕР 2 264 109 А1, касающиеся кислотной обработки и кислот, использованных для кислотной обработки, включены посредством ссылки во всей своей полноте.
d
d
d
50
98
98
В одном варианте осуществления настоящего изобретения частицы карбоната кальция настоящего поверхностно-обработанного карбоната кальция имеют величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,01 мкм до 250 мкм до поверхностной обработки, предпочтительно от 0,06 мкм до 225 мкм, более предпочтительно от 1 мкм до 200 мкм, еще более предпочтительно от 1 мкм до 150 мкм и наиболее предпочтительно от 1 мкм до 100 мкм, измеренную с помощью способа седиментации. Частицы карбоната кальция, имеющие  меньше чем 100 микрон, предпочтительно меньше чем 85 микрон, также могут быть преимущественными. Альтернативно, частицы карбоната кальция, имеющие  меньше чем 50 микрон, предпочтительно меньше чем 25 микрон, могут быть преимущественными.
d
50
Если настоящий поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит природный карбонат кальция, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,04 мкм до 250 мкм до поверхностной обработки, более предпочтительно от 0,06 мкм до 225 мкм, еще более предпочтительно от 1 мкм до 200 мкм, еще более предпочтительно от 1 мкм до 150 мкм и наиболее предпочтительно от 1 мкм до 100 мкм, измеренную с помощью способа седиментации.
d
50
Если настоящий поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит осажденный карбонат кальция, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,01 мкм до 10 мкм до поверхностной обработки, более предпочтительно от 0,02 мкм до 5 мкм, еще более предпочтительно от 0,02 мкм до 2,5 мкм и наиболее предпочтительно от 0,02 мкм до 1 мкм, измеренную с помощью способа седиментации.
d
50
Если настоящий поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит поверхностно-модифицированный карбонат кальция, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,5 мкм до 150 мкм до поверхностной обработки, предпочтительно от 0,5 мкм до 100 мкм, более предпочтительно от 0,5 мкм до 100 мкм и наиболее предпочтительно от 1 мкм до 50 мкм, измеренную с помощью способа седиментации.
d
98
TM
Применяемая здесь и определенная как обычно в технике величина средневзвешенного диаметра частиц "" определяется как размер, при котором 98% (средняя точка) объема или массы частиц составляют частицы, имеющие диаметр, равный данной конкретной величине. Средневзвешенный диаметр частиц измеряют с помощью способа седиментации. Способ седиментации представляет собой анализ поведения при седиментации в поле силы тяжести. Измерение проводят с помощью Sedigraph 5100 от Micromeritics Instrument Corporation.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Частицы карбоната кальция настоящего поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют удельную площадь поверхности от 1 м/г до 250 м/г до поверхностной обработки, более предпочтительно от 10 м/г до 200 м/г, еще более предпочтительно от 20 м/г до 150 м/г и наиболее предпочтительно от 30 м/г до 100 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ. Например, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция имеют удельную площадь поверхности от 40 м/г до 50 м/г до поверхностной обработки, например, удельную площадь поверхности 45 м/г. Альтернативно, частицы карбоната кальция настоящего поверхностно-обработанного карбоната кальция имеют удельную площадь поверхности от 50 м/г до 60 м/г, например, удельную площадь поверхности 56 м/г.
2
2
2
2
2
2
2
2
Если настоящий поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит природный карбонат кальция, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют удельную площадь поверхности от 1 м/г до 100 м/г до поверхностной обработки, более предпочтительно от 1 м/г до 75 м/г, еще более предпочтительно от 1 м/г до 50 м/г и наиболее предпочтительно от 1 м/г до 20 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ.
2
2
2
2
2
2
2
2
Если настоящий поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит осажденный карбонат кальция, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют удельную площадь поверхности от 1 м/г до 150 м/г до поверхностной обработки, более предпочтительно от 1 м/г до 100 м/г, еще более предпочтительно от 1 м/г до 70 м/г и наиболее предпочтительно от 1 м/г до 50 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ.
2
2
2
2
2
2
2
2
Если настоящий поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит поверхностно-модифицированный карбонат кальция, частицы карбоната кальция поверхностно-обработанного карбоната кальция предпочтительно имеют удельную площадь поверхности от 1 м/г до 250 м/г до поверхностной обработки, более предпочтительно от 1 м/г до 200 м/г, еще более предпочтительно от 10 м/г до 200 м/г и наиболее предпочтительно от 15 м/г до 170 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
d
d
d
d
d
d
d
50
50
50
50
50
50
50
В одном варианте осуществления настоящего изобретения частицы карбоната кальция настоящего поверхностно-обработанного карбоната кальция имеют удельную площадь поверхности в интервале от 1 м/г до 250 м/г и величину средневзвешенного диаметра частиц  в интервале от 0,01 мкм до 250 мкм до поверхностной обработки. Предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 10 м/г до 200 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 0,06 мкм до 225 мкм до поверхностной обработки. Более предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 20 м/г до 150 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 1 мкм до 200 мкм до поверхностной обработки. Еще более предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 30 м/г до 100 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 1 мкм до 150 мкм до поверхностной обработки. Наиболее предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 30 м/г до 100 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 1 мкм до 100 мкм до поверхностной обработки. Например, частицы карбоната кальция настоящего поверхностно-обработанного карбоната кальция имеют удельную площадь поверхности в интервале от 40 м/г до 50 м/г и величину средневзвешенного диаметра частиц  в интервале от 1 мкм до 50 мкм. Альтернативно, частицы карбоната кальция настоящего поверхностно-обработанного карбоната кальция имеют удельную площадь поверхности в интервале от 50 м/г до 60 м/г и величину средневзвешенного диаметра частиц  в интервале от 1 мкм до 50 мкм.
Согласно предлагаемому способу, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер.
В связи с этим, данный, по меньшей мере, один катионный полимер, содержащийся в покрытии поверхностно-обработанного карбоната кальция, может быть выбран из любого катионного полимера, имеющего плотность положительного заряда в интервале от 1 мЭкв/г до 15 мЭкв/г. Предпочтительно, по меньшей мере, один катионный полимер выбирают так, что он имеет плотность положительного заряда в интервале от 2,5 мЭкв/г до 12,5 мЭкв/г и наиболее предпочтительно в интервале от 5 мЭкв/г до 10 мЭкв/г.
Например, по меньшей мере, один катионный полимер имеет плотность положительного заряда в интервале от 6 мЭкв/г до 8 мЭкв/г и наиболее предпочтительно в интервале от 6 мЭкв/г до 7 мЭкв/г. Альтернативно, по меньшей мере, один катионный полимер имеет плотность положительного заряда в интервале от 7 мЭкв/г до 8 мЭкв/г.
Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере, один катионный полимер, содержащийся в покрытии поверхностно-обработанного карбоната кальция, выбирают так, что, по меньшей мере, 60% мономерных звеньев несут положительный заряд. Предпочтительно, покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит, по меньшей мере, один катионный полимер, в котором, по меньшей мере, 70% мономерных звеньев имеют положительный заряд, более предпочтительно, по меньшей мере, 80% и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90%. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит, по меньшей мере, один катионный полимер, в котором до 100%, предпочтительно 100% мономерных звеньев имеют положительный заряд.
W
В одном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит, по меньшей мере, один катионный полимер, имеющий средневзвешенную молекулярную массу М ниже 1000000 г/моль, более предпочтительно от 50000 до 750000 г/моль, еще более предпочтительно от 50000 до 650000 г/моль и наиболее предпочтительно от 100000 до 300000 г/моль.
В способе настоящего изобретения поверхностно-обработанный карбонат кальция покрыт покрытием, содержащим гомополимер и/или сополимер, по меньшей мере, одного катионного полимера. Например, поверхностно-обработанный карбонат кальция покрыт покрытием, содержащим гомополимер или сополимер, по меньшей мере, одного катионного полимера.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит гомополимер, по меньшей мере, одного катионного полимера. То есть, данный катионный полимер состоит, по существу, т.е. на 99,5 %масс или меньше, из соответствующих мономерных звеньев.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения только мономерные звенья, выбранные из группы, состоящей из солей диаллилдиалкиламмония, третичных аминов, четвертичных аминов, четвертичных иминов, акриламида, метакриламида, N,N-диметилакриламида, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, винилсульфоновой кислоты, винилпирролидона, гидроксилэтилакрилата, стирола, метилметакрилата и винилацетата, детектируются в гомополимере.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит гомополимер на основе мономеров солей диаллилдиалкиламмония. Например, мономеры соли диаллилдиалкиламмония представляют собой хлорид диаллилдиметиламмония.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит гомополимер на основе мономеров акриловой кислоты.
В случае, когда катионный полимер представляет собой сополимер, хорошо, когда данный сополимер содержит мономеры, сополимеризуемые с подходящими сомономерами. Предпочтительно, катионный полимер, представляющий собой сополимер согласно данному изобретению, содержит и предпочтительно состоит из мономерных звеньев, выбранных из солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, и сомономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из акриламида, метакриламида, N,N-диметилакриламида, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, винилсульфоновой кислоты, винилпирролидона, гидроксилэтилакрилата, стирола, метилметакрилата, винилацетата и их смесей.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения катионный полимер представляет собой сополимер, содержащий, предпочтительно состоящий из мономерных звеньев, выбранных из солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, и сомономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из акриламида и акриловой кислоты.
Например, покрытие поверхностно-обработанного карбоната кальция может содержать катионный полимер, описанный как гребенчатый полимер в US 2009/0270534 А1. Объект US 2009/0270534 А1 в отношении данного полимера включен сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения катионный полимер представляет собой сополимер, приготовленный из 92 %масс метоксиполиэтиленгликольметакрилата с молекулярной массой 2000 г/моль и 8 %масс акриловой кислоты, и, по меньшей мере, частично нейтрализованный содой. В другом предпочтительном варианте осуществления катионный полимер представляет собой сополимер, приготовленный из 92 %масс метоксиполиэтиленгликольметакрилата с молекулярной массой 2000 г/моль и 8 %масс акриловой кислоты, и полностью нейтрализованный содой.
Если мономерные и/или сомономерные звенья гомополимера или сополимера представляют собой соли диаллилдиалкиламмония, их предпочтительно выбирают из группы, состоящей из бромида диаллилдиметиламмония, хлорида диаллилдиметиламмония, фосфата диаллилдиметиламмония, сульфата диаллилдиэтиламмония, бромида диаллилдиэтиламмония, хлорида диаллилдиэтиламмония, фосфата диаллилдиэтиламмония, сульфата диаллилдиэтиламмония, бромида диаллилдипропиламмония, хлорида диаллилдипропиламмония, фосфата диаллилдипропиламмония и сульфата диаллилдипропиламмония. В одном варианте осуществления настоящего изобретения мономеры соли диаллилдиалкиламмония представляют собой мономер хлорид диаллилдиметиламмония.
Например, катионный полимер представляет собой гомополимер на основе хлорида диаллилдиметиламмония (PolyDADMAC).
Если мономерные и/или сомономерные звенья гомополимера или сополимера представляют собой четвертичные амины, они предпочтительно представляют собой продукты реакции эпихлоргидрина, такие как полиаминэпихлоргидрин.
Если мономерные и/или сомономерные звенья гомополимера или сополимера представляют собой четвертичные имины, они предпочтительно представляют собой полиэтиленимин.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения катионный полимер данного изобретения представляет собой сополимер, содержащий мономерные звенья, выбранные из солей диаллилдиалкиламмония и метакриловой кислоты, и акриламид или акриловую кислоту в качестве сомономерных звеньев.
Например, покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит сополимер, по меньшей мере, одного катионного полимера, в котором мономерные и сомономерные звенья являются производными только от солей диаллилдиалкиламмония и акриламида. В одном варианте осуществления настоящего изобретения катионный полимер, представляющий собой сополимер данного изобретения, содержит мономерные и сомономерные звенья, производные только от хлорида диаллилдиметиламмония и акриламида. Альтернативно, покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит сополимер, по меньшей мере, одного катионного полимера, в котором мономерные и сомономерные звенья являются производными только от метакриловой кислоты и акриловой кислоты.
Дополнительно или альтернативно, покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит сополимер, по меньшей мере, одного катионного полимера, в котором мономерные и сомономерные звенья являются производными только от акриловой кислоты и акриламида.
Дополнительно, хорошо, когда сополимер предпочтительно имеет содержание сомономера больше чем 2,0 %масс, более предпочтительно больше чем 5,0 %масс, еще более предпочтительно больше чем 7,5 %масс. Например, сополимер предпочтительно имеет содержание сомономера в интервале от 2,0 %масс до 80 %масс, более предпочтительно в интервале от 5,0 %масс до 60 %масс и наиболее предпочтительно в интервале от 7,5 %масс до 40 %масс. Массовый процент дается в расчете на полную массу сополимера.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция содержит сополимер, в котором мольное отношение мономерных звеньев и сомономерных звеньев составляет от 5:1 до 1:5, более предпочтительно от 4:1 до 1:4, еще более предпочтительно от 3:1 до 1:3 и наиболее предпочтительно от 3:1 до 1:3.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения данный катионный полимер содержит смесь, по меньшей мере, двух катионных полимеров. Предпочтительно, если катионный полимер содержит смесь, по меньшей мере, двух катионных полимеров, один катионный полимер представляет собой гомополимер, основанный на хлориде диаллилдиметиламмония. Альтернативно, если катионный полимер содержит смесь, по меньшей мере, двух катионных полимеров, один катионный полимер представляет собой гомополимер, основанный на акриловой кислоте.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения данный катионный полимер содержит смесь двух катионных полимеров, в которой один катионный полимер представляет собой гомополимер, основанный на хлориде диаллилдиметиламмония, а другой катионный полимер выбирают из группы, состоящей из гомополимера, основанного на акриловой кислоте, сополимера, основанного на хлориде диаллилдиметиламмония и акриламиде, и сополимера, основанного на метакриловой кислоте и акриловой кислоте. Альтернативно, если катионный полимер содержит смесь двух катионных полимеров, в которой один катионный полимер представляет собой гомополимер, основанный на акриловой кислоте, другой катионный полимер выбирают из группы, состоящей из гомополимера, основанного на хлориде диаллилдиметиламмония, сополимера, основанного на хлориде диаллилдиметиламмония и акриламиде, и сополимера, основанного на метакриловой кислоте и акриловой кислоте.
Если катионный полимер содержит смесь двух катионных полимеров, мольное отношение гомополимера на основе хлорида диаллилдиметиламмония и второго катионного полимера составляет от 99:1 до 1:99, более предпочтительно от 50:1 до 1:50, еще более предпочтительно от 25:1 до 1:25 и наиболее предпочтительно от 10:1 до 1:10. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения мольное отношение гомополимера на основе хлорида диаллилдиметиламмония и второго катионного полимера составляет от 90:1 до 1:1, более предпочтительно от 90:1 до 10:1 и наиболее предпочтительно от 90:1 до 50:1.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения мольное отношение гомополимера на основе акриловой кислоты и второго катионного полимера составляет от 99:1 до 1:99, более предпочтительно от 50:1 до 1:50, еще более предпочтительно от 25:1 до 1:25 и наиболее предпочтительно от 10:1 до 1:10. Например, мольное отношение гомополимера на основе акриловой кислоты и второго катионного полимера составляет от 90:1 до 1:1, более предпочтительно от 90:1 до 10:1 и наиболее предпочтительно от 90:1 до 50:1.
Данный, по меньшей мере, один катионный полимер предпочтительно присутствует в покрытии, покрывающем карбонат кальция, в таком количестве, что полная масса упомянутого, по меньшей мере, одного катионного полимера на поверхности поверхностно-обработанного карбоната кальция составляет от 0,01 % масс/масс до 80 % масс/масс карбоната кальция.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один катионный полимер присутствует в покрытии, покрывающем карбонат кальция, в таком количестве, что полная масса упомянутого, по меньшей мере, одного катионного полимера на поверхности поверхностно-обработанного карбоната кальция составляет меньше чем 80 % масс/масс, более предпочтительно меньше чем 60 % масс/масс и наиболее предпочтительно меньше чем 50 % масс/масс карбоната кальция.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один катионный полимер присутствует в покрытии, покрывающем, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция, в количестве приблизительно от 0,1 %масс до 30 %масс, более предпочтительно приблизительно от 0,1 %масс до 20 %масс, еще более предпочтительно приблизительно от 0,2 %масс до 15 %масс и наиболее предпочтительно приблизительно от 0,2 %масс до 10 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция.
Альтернативно, по меньшей мере, 10% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, 20% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер, предпочтительно, по меньшей мере, 30% доступной площади поверхности, более предпочтительно, по меньшей мере, 40% доступной площади поверхности и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50% доступной площади поверхности. Например, по меньшей мере, 75% доступной площади поверхности частиц карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер. Например, по меньшей мере, 90% доступной площади поверхности частиц карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, 75% доступной площади поверхности частиц карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим гомополимер на основе хлорида диаллилдиметиламмония. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, 75% доступной площади поверхности частиц карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим гомополимер на основе акриловой кислоты.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один катионный полимер имеет растворимость в воде выше 50 г/100 мл воды, предпочтительно выше 75 г/100 мл воды, еще более предпочтительно выше 100 г/100 мл воды и наиболее предпочтительно выше 150 г/100 мл воды. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один катионный полимер легко растворим в воде.
Предпочтительно, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, используемый в настоящем способе, готовят путем смешения природного карбоната кальция и/или осажденного карбоната кальция и/или поверхностно-модифицированного карбоната кальция, предпочтительно в форме суспензии, и катионного полимера, предпочтительно в форме суспензии, до того, как его приводят в контакт с обрабатываемой водой. Смешение может выполняться с помощью любого обычного средства, известного специалисту.
d
d
d
50
98
98
По меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно находится в форме мелкозернистого материала и может иметь распределение размера частиц, обычно применяемое для материалов, используемых в очистке загрязненной воды. Обычно величина средневзвешенного диаметра частиц  поверхностно-обработанного карбоната кальция находится в интервале от 0,01 мкм до 250 мкм, предпочтительно от 0,06 мкм до 225 мкм, более предпочтительно от 1 мкм до 200 мкм, еще более предпочтительно от 1 мкм до 150 мкм и наиболее предпочтительно от 1 мкм до 100 мкм, измеренная с помощью способа седиментации. Поверхностно-обработанный карбонат кальция, имеющий  меньше чем 100 микрон, предпочтительно меньше чем 85 микрон, также может быть преимущественным. Альтернативно, поверхностно-обработанный карбонат кальция, имеющий  меньше чем 50 микрон, предпочтительно меньше чем 25 микрон, может быть преимущественным.
d
50
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит природный карбонат кальция, данный поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,04 мкм до 250 мкм, более предпочтительно от 0,06 мкм до 225 мкм, еще более предпочтительно от 1 мкм до 200 мкм, еще более предпочтительно от 1 мкм до 150 мкм и наиболее предпочтительно от 1 мкм до 100 мкм, измеренную с помощью способа седиментации.
d
50
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит осажденный карбонат кальция, данный поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,01 мкм до 10 мкм, более предпочтительно от 0,02 мкм до 5 мкм, еще более предпочтительно от 0,02 мкм до 2,5 мкм и наиболее предпочтительно от 0,02 мкм до 1 мкм, измеренную с помощью способа седиментации.
d
d
50
50
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит поверхностно-модифицированный карбонат кальция, данный поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,5 мкм до 150 мкм, предпочтительно от 0,5 мкм до 100 мкм, более предпочтительно от 0,5 мкм до 100 мкм и наиболее предпочтительно от 1 мкм до 50 мкм, измеренную с помощью способа седиментации. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция может быть в форме агломерированных частиц, имеющих величину средневзвешенного диаметра частиц  от 0,5 мкм до 250 мкм и предпочтительно от 0,5 мкм до 150 мкм, измеренную с помощью способа седиментации.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
По меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет удельную площадь поверхности от 1 м/г до 250 м/г, предпочтительно от 20 м/г до 200 м/г, более предпочтительно от 30 м/г до 150 м/г и наиболее предпочтительно от 30 м/г до 100 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ. Например, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности от 40 м/г до 50 м/г, например удельную площадь поверхности 45 м/г. Альтернативно, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности от 50 м/г до 60 м/г, например удельную площадь поверхности 56 м/г.
2
2
2
2
2
2
2
2
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит природный карбонат кальция, данный поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет удельную площадь поверхности от 1 м/г до 100 м/г, более предпочтительно от 1 м/г до 75 м/г, еще более предпочтительно от 1 м/г до 50 м/г и наиболее предпочтительно от 1 м/г до 20 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ.
2
2
2
2
2
2
2
2
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит осажденный карбонат кальция, данный поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет удельную площадь поверхности от 1 м/г до 150 м/г, более предпочтительно от 1 м/г до 100 м/г, еще более предпочтительно от 1 м/г до 70 м/г и наиболее предпочтительно от 1 м/г до 50 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ.
2
2
2
2
2
2
2
2
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит поверхностно-модифицированный карбонат кальция, данный поверхностно-обработанный карбонат кальция предпочтительно имеет удельную площадь поверхности от 1 м/г до 250 м/г до обработки поверхности, более предпочтительно от 1 м/г до 200 м/г, еще более предпочтительно от 10 м/г до 200 м/г и наиболее предпочтительно от 15 м/г до 170 м/г, измеренную с использованием азота и способа БЭТ.
2
2
d
50
В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности от 1 м/г до 250 м/г и величину средневзвешенного диаметра частиц  в интервале от 0,01 мкм до 250 мкм.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
d
d
d
d
d
50
50
50
50
50
Предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 20 м/г до 200 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 0,06 мкм до 225 мкм. Более предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 30 м/г до 150 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц находится в интервале от 1мкм до 200 мкм. Еще более предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 30 м/г до 100 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 1мкм до 150 мкм. Наиболее предпочтительно, удельная площадь поверхности находится в интервале от 30 м/г до 100 м/г, а величина средневзвешенного диаметра частиц  находится в интервале от 1 мкм до 100 мкм. Например, по меньшей мере, один поверхностно-обработанныйй карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности в интервале от 40 м/г до 50 м/г, а величину средневзвешенного диаметра частиц  в интервале от 1 мкм до 50 мкм. Альтернативно, по меньшей мере, один поверхностно-обработанныйй карбонат кальция имеет удельную площадь поверхности в интервале от 50 м/г до 60 м/г, а величину средневзвешенного диаметра частиц  в интервале от 1 мкм до 50 мкм.
По меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция для использования в предлагаемом способе может присутствовать в любой подходящей форме, например, в форме гранул и/или порошка, или в форме лепешки. Предпочтительно, поверхностно-обработанный карбонат кальция для использования в предлагаемом способе находится в форме порошка и/или в форме гранул. В одном варианте осуществления настоящего изобретения поверхностно-обработанный карбонат кальция для использования в предлагаемом способе находится в форме порошка. Альтернативно, поверхностно-обработанный карбонат кальция для использования в предлагаемом способе может присутствовать в виде водной суспензии, например в форме суспензии или пасты, которая может отмеряться передающим винтом.
Упомянутая суспензия может содержать, по меньшей мере, один дополнительный катионный полимер, где упомянутый катионный полимер может быть таким же, как катионный полимер, использованный для покрытия, или другим катионным полимером, например другим катионным полимером, описанным выше. После покрытия суспензия может использоваться непосредственно без дополнительной очистки, или, по меньшей мере, один дополнительный катионный полимер может добавляться в суспензию.
"Суспензия" в понимании настоящего изобретения содержит нерастворенные твердые вещества, т.е. поверхностно-обработанный карбонат кальция, и воду, и, необязательно, другие добавки. Суспензии обычно содержат большие количества твердых веществ и являются более вязкими, и обычно имеют большую плотность, чем жидкость, из которой они образованы. В технике принято, что общий термин "дисперсия" inter alia охватывает "суспензии", как особый тип дисперсии.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция для использования в предлагаемом способе суспензируют в воде, так что суспензия имеет содержание поверхностно-обработанного карбоната кальция в интервале от 1 %масс до 80 %масс, более предпочтительно от 3 %масс до 60 %масс и еще более предпочтительно от 5 %масс до 60 %масс в расчете на массу суспензии.
Этап с) обеспечения, по меньшей мере, одного филлосиликата
Согласно этапу с) способа настоящего изобретения обеспечивается, по меньшей мере, один филлосиликат.
Выражение "по меньшей мере, один" филлосиликат означает, что один или несколько видов филлосиликатов могут быть обеспечены в настоящем способе.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения только один вид филлосиликата обеспечивается в настоящем способе. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения смесь, по меньшей мере, двух видов филлосиликатов обеспечивается в настоящем способе.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения данный, по меньшей мере, один филлосиликат представляет собой один вид филлосиликата.
Данный, по меньшей мере, один филлосиликат предпочтительно представляет собой бентонит. Соответственно, по меньшей мере, один филлосиликат предпочтительно содержит бентонит, более предпочтительно состоит из бентонита.
Если, по меньшей мере, один филлосиликат содержит бентонит или предпочтительно состоит из него, данный бентонит предпочтительно выбирают из бентонита натрия, бентонита кальция, бентонита калия и их смесей.
Хорошо, когда бентонит предпочтительно представляет собой природный материал, и, таким образом, его точный состав, число его компонентов и количество каждого компонента могут варьировать в широком интервале, обычно в зависимости от источника происхождения.
Например, бентонит обычно содержит или предпочтительно состоит из различных глинистых минералов, таких как, в частности, монтмориллонит, в качестве основного компонента, а также кварца, каолинита, слюды, полевого шпата, пирита, кальцита, кристобалита и их смесей в качестве сопутствующих минералов. Эти минералы могут присутствовать в различных количествах, а также могут присутствовать другие компоненты в зависимости от места происхождения.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один филлосиликат содержит бентонит, содержащий монтмориллонит, или предпочтительно состоит из него.
Бентонит с содержанием монтмориллонита, по меньшей мере, 50,0 %масс, предпочтительно, по меньшей мере, 60,0 %масс, например от 60,0 до 95,0 %масс в расчете на полную массу бентонита является особенно подходящим в качестве, по меньшей мере, одного филлосиликата на этапе с).
2
2
3
2
3
2
2
2
Дополнительно или альтернативно, бентонит содержит компоненты, выбранные из группы, содержащей SiO, AlO, CaO, FeO, KO, MgO, NaO, TiO и подобные.
2
2
3
Например, бентонит содержит SiО в количестве, по меньшей мере, 50,0 %масс, предпочтительно от 50,0 до 95,0 %масс, например от 50,0 до 80,0 %масс в расчете на полную массу бентонита. Дополнительно или альтернативно, бентонит содержит AlO в количестве, по меньшей мере, 10,0 %масс, предпочтительно от 10,0 до 40,0 %масс, например от 10,0 до 30,0 %масс в расчете на полную массу бентонита.
2
3
2
2
2
2
3
2
2
2
Дополнительно или альтернативно, бентонит содержит CaO, FeO, KO, MgO, NaO и/или TiO в количестве ниже 20,0 %масс, предпочтительно от 5,0 до 20,0 %масс, например от 5,0 до 15,0 %масс в расчете на полную массу бентонита. Например, бентонит содержит CaO в количестве ниже 10,0 %масс, предпочтительно от 0,5 до 10,0 %масс, например от 0,5 до 5,0 %масс в расчете на полную массу бентонита. Например, бентонит содержит FeO в количестве ниже 10,0 %масс, предпочтительно от 1,0 до 10,0 %масс, например от 2,5 до 7,5 %масс в расчете на полную массу бентонита. Например, бентонит содержит KO в количестве ниже 10,0 %масс, предпочтительно от 0,5 до 10,0 %масс, например от 0,5 до 5,0 %масс в расчете на полную массу бентонита. Например, бентонит содержит MgO в количестве ниже 10,0 %масс, предпочтительно от 0,5 до 10,0 %масс, например от 0,5 до 5,0 %масс в расчете на полную массу бентонита. Например, бентонит содержит NаO в количестве ниже 5,0 %масс, предпочтительно от 0,05 до 5,0 %масс, например от 0,05 до 2,5 %масс в расчете на полную массу бентонита. Например, бентонит содержит ТiО в количестве ниже 5,0 %масс, предпочтительно от 0,05 до 5,0 %масс, например от 0,05 до 2,5 %масс в расчете на полную массу бентонита.
d
50
Если, по меньшей мере, один филлосиликат содержит бентонит или состоит из него, данный бентонит предпочтительно имеет средневзвешенный размер частиц  от 0,02 до 100 мкм, от 0,1 до 80 мкм или от 0,5 до 70 мкм, предпочтительно от 0,1 до 60 мкм, измеренный с помощью Malvern Mastersizer 2000 Ver. 5.4.
По меньшей мере, один филлосиликат для использования в предлагаемом способе может присутствовать в любой подходящей форме, например в форме гранул и/или порошка, или в форме лепешки. Предпочтительно, по меньшей мере, один филлосиликат для использования в предлагаемом способе находится в форме порошка и/или в форме гранул. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один филлосиликат для использования в предлагаемом способе находится в форме порошка. Альтернативно, по меньшей мере, один филлосиликат для использования в предлагаемом способе может присутствовать в виде водной суспензии, например в форме суспензии или пасты, которая может отмеряться передающим винтом.
"Суспензия" в понимании настоящего изобретения содержит нерастворенные твердые вещества, т.е., по меньшей мере, один филлосиликат и воду и, необязательно, другие добавки. Суспензии обычно содержат большие количества твердых веществ и являются более вязкими и обычно имеют более высокую плотность, чем жидкость, из которой они образованы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один филлосиликат для использования в предлагаемом способе суспензирован в воде, так что суспензия имеет содержание филлосиликата в интервале от 1 %масс до 80 %масс, более предпочтительно от 3 %масс до 60 %масс и еще более предпочтительно от 5 %масс до 60 %масс в расчете на массу суспензии.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция на этапе b) и, по меньшей мере, один филлосиликат на этапе с) обеспечивают с массовым отношением данный, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : данный, по меньшей мере, один филлосиликат от 10:1 до 1:10. Например, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция на этапе b) и, по меньшей мере, один филлосиликат на этапе с) обеспечивают с массовым отношением данный, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : данный, по меньшей мере, один филлосиликат от 5:1 до 1:5 или от 2:1 до 1:2.
Например, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция на этапе b) и, по меньшей мере, один филлосиликат на этапе с) обеспечивают с массовым отношением данный, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : данный, по меньшей мере, один филлосиликат приблизительно 1:1.
Этап d) контактирования воды и/или ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция и, по меньшей мере, одним филлосиликатом
Согласно этапу d) способа настоящего изобретения очищаемая вода и/или обезвоживаемый ил и/или осадок, обеспеченные на этапе а), контактируют с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) для получения композитного материала, содержащего, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси.
В общем, очищаемая вода и/или обезвоживаемый ил и/или осадок и поверхностно-обработанный карбонат кальция, и, по меньшей мере, один филлосиликат могут приводиться в контакт с помощью любого обычного средства, известного специалисту.
Хорошо, когда этап контактирования d) предпочтительно выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок с этапа а) до и/или во время и/или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) в воду и/или ил и/или осадок с этапа а).
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этап контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним филлосиликатом и, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция выполняют так, что, по меньшей мере, один филлосиликат добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и во время, и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до и во время, и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок во время и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
В случае, когда, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и во время и после, или до и во время, или во время и после, или до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат предпочтительно добавляют в нескольких порциях и/или непрерывно на протяжении периода, требуемого для контакта, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с водой и/или илом и/или осадком.
Если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и во время и после, или до и во время, или во время и после, или до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат предпочтительно добавляют в от двух до пяти порциях, более предпочтительно в от двух до четырех порциях, еще более предпочтительно в от двух до трех порциях. Предпочтительно, если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и во время и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в трех порциях, т.е. одна порция до добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b), одна порция во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и одна порция после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b). Альтернативно, если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и во время, или во время и после, или до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в двух порциях. Например, если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в двух порциях, т.е. одна порция до добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и одна порция во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b). Например, если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок во время и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в двух порциях, т.е. одна порция во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и одна порция после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b). Например, если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в двух порциях, т.е. одна порция до добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и одна порция после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b).
В случае, когда, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в нескольких порциях, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в приблизительно равных порциях до и во время и после, или до и во время, или во время и после, или до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
В качестве альтернативы, также можно добавлять, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) в неравных порциях до и во время и после, или до и во время, или во время и после, или до и после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этап контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним филлосиликатом и, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция выполняют так, что данный, по меньшей мере, один филлосиликат добавляют в воду и/или ил и/или осадок до или во время или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
Например, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до или во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок во время или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок. Альтернативно, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
Например, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок до добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
Если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до или во время или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в одной порции и/или непрерывно до или во время или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок.
В случае, когда, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок до или во время или после добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно добавляют в одной порции и/или непрерывно на протяжении периода 1 ч или меньше, предпочтительно на протяжении периода 45 мин или меньше, более предпочтительно на протяжении периода 30 мин или меньше и наиболее предпочтительно на протяжении периода 15 мин или меньше, чтобы обеспечить подходящее распределение, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воде и/или иле и/или осадке с этапа а). В другом варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок в одной порции и/или непрерывно на протяжении периода 10 мин или меньше, например периода 5 мин или меньше.
Если, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) добавляют в воду и/или ил и/или осадок во время добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция в воду и/или ил и/или осадок, данный, по меньшей мере, один карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) предпочтительно обеспечивают в форме смеси.
В этом варианте осуществления этап контактирования d) настоящего способа предпочтительно выполняют путем добавления смеси, содержащей, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), в воду и/или ил и/или осадок с этапа а).
Если, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) обеспечены в форме смеси, данная смесь может присутствовать в любой подходящей форме, например в форме гранул и/или порошка, или в форме лепешки. Предпочтительно, смесь, содержащая, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), для использования в предлагаемом способе находится в форме порошка и/или в форме гранул или таблеток. В одном варианте осуществления настоящего изобретения смесь, содержащая, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), для использования в предлагаемом способе находится в форме порошка. Альтернативно, смесь, содержащая, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), для использования в предлагаемом способе может присутствовать в виде водной суспензии, например в форме суспензии или пасты, которая может отмеряться передающим винтом.
"Суспензия" в понимании настоящего изобретения содержит нерастворенные твердые вещества, т.е., по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), и воду, и, необязательно, другие добавки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения смесь, содержащую, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), для использования в предлагаемом способе суспензируют в воде, так что суспензия имеет содержание твердых веществ из, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в интервале от 1 %масс до 80 %масс, более предпочтительно от 3 %масс до 60 %масс и еще более предпочтительно от 5 %масс до 60 %масс в расчете на массу суспензии.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок с этапа а) с массовым отношением, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : по меньшей мере, один филлосиликат от 10:1 до 1:10. Например, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок с этапа а) с массовым отношением, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : по меньшей мере, один филлосиликат от 5:1 до 1:5 или от 2:1 до 1:2.
Например, этап контактирования d) выполняют путем добавления, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) в воду и/или ил и/или осадок с этапа а) с массовым отношением, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция : по меньшей мере, один филлосиликат приблизительно 1:1.
Например, этап контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b), в котором, по меньшей мере, 1% доступной площади поверхности карбоната кальция покрыто покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер, предпочтительно заключается в том, что поверхность загрязненной воды и/или ила и/или осадка, по меньшей мере, частично покрывают, по меньшей мере, одним филлосиликатом и, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция. Дополнительно или альтернативно, этап контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) предпочтительно заключается в том, что загрязненную воду и/или илу и/или осадок с этапа а) смешивают с поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с). Специалист адаптирует условия смешения (такие как конфигурация скорости смешения) согласно своим потребностям и доступному оборудованию.
Предпочтительно, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) суспензируют в обрабатываемой воде и/или иле и/или осадке, например, с помощью средства взбалтывания.
Обработку для выполнения контакта очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) выполняют в течение периода времени в интервале от нескольких секунд до нескольких минут, например 20 с или больше, предпочтительно 30 с или больше, более предпочтительно 60 с или больше и наиболее предпочтительно в течение периода 120 с или больше. Обычно длительность контакта обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) определяется степенью загрязнения воды и/или ила и/или осадка и конкретной обрабатываемой водой и/или илом и/или осадком.
Следует понимать, что количество, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) согласно настоящему способу выбирают так, что оно является достаточным в обрабатываемой воде и/или иле и/или осадке, т.е. достаточно высоким для обеспечения эффективной связующей активности для, по меньшей мере, одного типа неорганическим примесей, присутствующих в загрязненной воде и/или иле и/или осадке, но, в то же время, является настолько низким, что никакое значительное количество несвязанного поверхностно-обработанного карбоната кальция и/или филлосиликата не будет наблюдаться в обрабатываемой воде и/или иле и/или осадке.
Количество, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) зависит от типа обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка, а также от типа и количества примесей. Предпочтительно добавляют количество от 0,1 до 10,0 %масс, более предпочтительно от 0,5 до 5,0 %масс поверхностно-обработанного карбоната кальция в расчете на полную массу обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка. Соответственно, также количество, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с) зависит от типа обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка, а также от типа и количества примесей. Предпочтительно добавляют количество от 0,1 до 10,0 %масс, более предпочтительно от 0,5 до 5,0 %масс филлосиликата в расчете на полную массу обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка.
По меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) можно добавлять в виде водной суспензии, например описанной выше суспензии. Альтернативно, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) можно добавлять в очищаемую воду и/или обезвоживаемый ил и/или осадок в любой подходящей твердой форме, например в форме гранул или порошка или в форме лепешки.
В контексте настоящего изобретения также можно обеспечивать неподвижную фазу, например в форме лепешки или слоя, содержащую, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), где обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок бежит через упомянутую неподвижную фазу.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения очищаемая вода и/или ил и/или осадок проходит через проницаемый фильтр, содержащий, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), и способный удерживать путем исключения размера неорганические примеси на поверхности фильтра, когда жидкость проходит насквозь под действием гравитации и/или под действием вакуума и/или под давлением. Этот способ называется "поверхностной фильтрацией".
В другой предпочтительной технологии, известной как объемная фильтрация, фильтрующий агент, содержащий ряд извилистых проходов различного диаметра и конфигурации, удерживает примеси посредством молекулярных и/или электрических сил, адсорбирующих примеси на, по меньшей мере, одном поверхностно-обработанном карбонате кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одном филлосиликате с этапа с), которые присутствуют внутри упомянутых проходов, и/или путем исключения размера, задерживая примесные частицы, если они являются слишком большими, чтобы проходить сквозь всю толщину фильтрующего слоя.
Технологии объемной фильтрации и поверхностной фильтрации могут дополнительно объединяться путем расположения слоя объемной фильтрации на поверхностном фильтре; эта конфигурация дает преимущество в том, что частицы, которые могут иначе блокировать поры поверхностного фильтра, задерживаются в слое объемной фильтрации.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения данный способ дополнительно содержит этап е) контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним полимерным помощником флокуляции.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения полимерный помощник флокуляции и, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) одновременно добавляют в обрабатываемую воду и/или ил и/или осадок. В другом варианте осуществления настоящего изобретения полимерный помощник флокуляции и, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) раздельно добавляют в обрабатываемую воду и/или ил и/или осадок. В этом случае обрабатываемая вода и/или ил и/или осадок сначала контактирует с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и затем с полимерным помощником флокуляции.
Например, полимерный помощник флокуляции добавляют в обрабатываемую воду и/или ил и/или осадок, когда адсорбция примесей на, по меньшей мере, одном поверхностно-обработанном карбонате кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одном филлосиликате с этапа с) достигает максимума, т.е. нет дальнейшего снижения неорганических примесей в воде. Однако можно также добавлять полимерный помощник флокуляции на ранней стадии, например, когда достигнуто, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 70% или, по меньшей мере, 90% максимальной адсорбции примесей на, по меньшей мере, одном поверхностно-обработанном карбонате кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одном филлосиликате с этапа с).
Этап контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и полимерным помощником флокуляции предпочтительно заключается в том, что поверхность воды и/или ила и/или осадка, по меньшей мере, частично покрывают, одновременно или раздельно, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и полимерным помощником флокуляции. Дополнительно или альтернативно, этап контактирования очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и полимерным помощником флокуляции предпочтительно заключается в том, что воду и/или ил и/или осадок, одновременно или раздельно, смешивают с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и полимерным помощником флокуляции. Специалист адаптирует условия смешения (такие как конфигурация скорости смешения) согласно своим потребностям и доступному оборудованию.
Обработку для выполнения контакта очищаемой воды и/или обезвоживаемого ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и полимерным помощником флокуляции выполняют в течение периода времени в интервале от нескольких секунд до нескольких минут, например 30 с или больше, предпочтительно 60 с или больше, более предпочтительно 90 с или больше и наиболее предпочтительно в течение периода 180 с или больше. Обычно длительность контакта обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка с, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и/или, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с) и полимерным помощником флокуляции определяется степенью загрязнения воды и конкретной обрабатываемой водой и/или илом и/или осадком.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения этап d) и этап е) способа повторяют один или несколько раз. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения этап d) или этап е) способа повторяют один или несколько раз. Если этап d) и этап е) повторяют один или несколько раз, этап d) и этап е) можно повторять независимо, т.е. этап d) можно повторять несколько раз, тогда как этап е) повторяют большее или меньшее число раз, чем этап d), и наоборот. Например, этап d) можно повторять дважды, тогда как этап е) повторяют один раз или больше чем дважды.
Любой полимерный помощник флокуляции, известный в технике, может быть использован в способе настоящего изобретения. Примеры предпочтительных полимерных помощников флокуляции включают полиакриламиды или полиэлектролиты на основе полиакрилатов, поли(диаллилдиметиламмоний хлорид), полиэтиленимины, полиамины или их смеси, и природные полимеры, такие как крахмал, или природные модифицированные полимеры, такие как модифицированные углеводы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения полимерный помощник флокуляции представляет собой не полиакриламид.
W
Предпочтительно, полимерный помощник флокуляции имеет средневзвешенную молекулярную массу, по меньшей мере, 100000 г/моль. В одном варианте осуществления настоящего изобретения полимерный помощник флокуляции имеет средневзвешенную молекулярную массу М в интервале от 100000 до 10000000 г/моль, предпочтительно в интервале от 300000 до 5000000 г/моль, более предпочтительно в интервале от 300000 до 1000000 г/моль и наиболее предпочтительно в интервале от 300000 до 800000 г/моль.
Полимерный помощник флокуляции может быть ионным или неионным. Предпочтительно, полимерный помощник флокуляции является ионным, т.е. анионным полимерным помощником флокуляции или катионным полимерным помощником флокуляции.
В контексте настоящего изобретения термин "катионный" относится к любому полимеру, имеющему положительный суммарный заряд. Таким образом, присутствие некоторых анионных мономерных звеньев не исключается, пока есть еще достаточно катионных мономерных звеньев, обеспечивающих положительный суммарный заряд и позволяющих его применение в качестве помощника флокуляции. Кроме того, термин "катионный полимерный помощник флокуляции" также содержит полимеры, имеющие мономерные звенья с функциональными группами, которые становятся катионными при добавлении в обрабатываемую воду, например аминные группы, становящиеся аммониевыми группами в кислотной воде.
Термин "анионный" относится к любому полимеру, имеющему отрицательный суммарный заряд. Таким образом, присутствие некоторых катионных мономерных звеньев не исключается, пока есть еще достаточно анионных мономерных звеньев, обеспечивающих отрицательный суммарный заряд и позволяющих его применение в качестве помощника флокуляции. Кроме того, термин "анионный полимерный помощник флокуляции" также содержит полимеры, имеющие мономерные звенья с функциональными группами, которые становятся анионными при добавлении в обрабатываемую воду, например кислотные группы, такие как группы сульфоновой кислоты.
Предпочтительным полимерным помощников флокуляции настоящего изобретения является полиакриламид. Путем надлежащих модификаций, которые известны специалисту, полиакриламид может быть использован в качестве катионного полимерного помощника флокуляции, а также в качестве анионного полимерного помощника флокуляции.
Предпочтительно, полиакриламид содержит, по меньшей мере, 50 %мол, более предпочтительно, по меньшей мере, 60 %мол, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 75 %мол мономерных звеньев, происходящих из акриламида.
Анионный полиакриламид, т.е. полиакриламид, имеющий суммарный отрицательный заряд, может быть получен путем введения надлежащих сомономерных звеньев, например происходящих от (мет)акриловой кислоты.
Катионный полиакриламид, т.е. полиакриламид, имеющий суммарный положительный заряд, может быть получен путем введения надлежащих сомономерных звеньев, например производных от аминоалкил(мет)акрилатов, таких как диметиламинометил(мет)акрилат, диметиламиноэтил(мет)акрилат, диметиламинопропил(мет)акрилат, диэтиламинометил(мет)акрилат, диэтиламиноэтил(мет)акрилат или диэтиламинопропил(мет)акрилат, которые могут быть кватернизованы алкилгалогенидами.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения полиакрилат используется в качестве предпочтительного полимерного помощника флокуляции в способе настоящего изобретения. Предпочтительно, полиакрилат используется в качестве катионного полимерного помощника флокуляции. Более конкретно, полиакрилат, используемый в качестве катионного полимерного помощника флокуляции, свободен от акриламида.
Предпочтительно, данный полиакрилат содержит, по меньшей мере, 50 %мол, более предпочтительно, по меньшей мере, 60 %мол, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 75 %мол мономерных звеньев, происходящих из аминоалкил(мет)акрилатов, таких как диметиламинометил(мет)акрилат, диметиламиноэтил(мет)акрилат, диметиламинопропил(мет)акрилат, диэтиламинометил(мет)акрилат, диэтиламиноэтил(мет)акрилат или диэтиламинопропил(мет)акрилат, которые могут быть кватернизованы алкилгалогенидами.
Альтернативно, полимерный помощник флокуляции может быть полимером, описанным в качестве гребенчатого полимера в US 2009/0270543 А1. Объект US 2009/0270543 А1 в отношении полимера включен сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения полимерный помощник флокуляции представляет собой сополимер, приготовленный из 92 %масс метоксиполиэтиленгликольметакрилата с молекулярной массой 2000 г/моль и 8 %масс акриловой кислоты, и, по меньшей мере, частично нейтрализован содой. В другом варианте осуществления настоящего изобретения полимерный помощник флокуляции представляет собой сополимер, приготовленный из 92 %масс метоксиполиэтиленгликольметакрилата с молекулярной массой 2000 г/моль и 8 %масс акриловой кислоты, и полностью нейтрализован содой.
Необязательно, другие добавки могут добавляться в обрабатываемую воду и/или ил и/или осадок. Они могут включать в себя агенты для регулировки рН и обычные флокулянты, такие как хлорид полиалюминия, хлорид железа или сульфат алюминия. Однако, в одном варианте осуществления, способ очистки воды и/или способ обезвоживания ила и/или осадка настоящего изобретения не использует любые дополнительные обычные неорганические помощники флокуляции, такие как хлорид полиалюминия, хлорид железа или сульфат алюминия.
После завершения контакта/флокуляции флокулированный композитный материал может удаляться из обработанной воды с помощью обычного средства разделения, известного специалисту, такого как фильтрация, седиментация и/или центрифугирование.
В альтернативном подходе, очищаемая вода и/или обезвоживаемый ил и/или осадок предпочтительно проходит через проницаемый фильтр, содержащий поверхностно-обработанный карбонат кальция и/или филлосиликат и способный удерживать посредством исключения размера примеси на поверхности фильтра, когда фильтрат проходит насквозь под действием гравитации и/или под вакуумом и/или под давлением. Этот способ называется "поверхностной фильтрацией".
Согласно настоящему изобретению данный способ очистки воды и/или обезвоживания ила и/или осадка подходит для эффективного снижения количества полимерного помощника флокуляции, содержащегося в образце очищенной воды и/или образце обезвоженного ила и/или осадка.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения вода и/или ил и/или осадок, полученный с помощью способа настоящего изобретения, содержит количество полимерного помощника флокуляции на, по меньшей мере, 10,0 %масс, предпочтительно, по меньшей мере, 20,0 %масс, более предпочтительно, по меньшей мере, 30,0 %масс, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 40,0 %масс, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 50,0 %масс и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60,0 %масс ниже количества свободного помощника флокуляции, содержащегося в соответствующей воде и/или иле и/или осадке, очищаемом таким же способом, но в отсутствие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с). Например, вода и/или ил и/или осадок, полученный с помощью способа настоящего изобретения, содержит количество полимерного помощника флокуляции на, по меньшей мере, 70,0 %масс, предпочтительно, по меньшей мере, 80,0 %масс и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90,0 %масс ниже количества свободного помощника флокуляции, содержащегося в соответствующей воде и/или иле и/или осадке, очищаемом таким же способом, но в отсутствие, по меньшей мере, одного поверхностно-обработанного карбоната кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одного филлосиликата с этапа с).
Применение предлагаемого способа для очистки воды и/или обезвоживания ила и/или осадка обеспечивает ряд улучшенных свойств. Прежде всего, предлагаемый способ обеспечивает прекрасную связывающую активность для примесей, когда, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с), по меньшей мере, частично наносят на поверхность обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка или смешивают с обрабатываемой водой и/или илом и/или осадком. Кроме того, применение предлагаемого способа дает композитный материал, содержащий, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси, который может быть легко удален из обрабатываемой среды. Кроме того, связывание примесей с помощью предлагаемого способа дает хорошее качество очистки обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка. Другое преимущество предлагаемого способа заключается в том факте, что используемая комбинация поверхностно-обработанного карбоната кальция и филлосиликата снижает количество полимерного помощника флокуляции в обрабатываемой воде и/или иле и/или осадке и, таким образом, уменьшает нарушение экологического равновесия.
В зависимости от конкретных требований и/или соответствующих физических и/или химических свойств обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b), по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) и возможный полимерный помощник флокуляции, используемые согласно предлагаемому способу, могут применяться раздельно, или может применяться законченная смесь. В форме раздельно отмеряемого добавления индивидуальных компонентов из поверхностно-обработанного карбоната кальция, по меньшей мере, одного филлосиликата и возможного полимерного помощника флокуляции, отношение концентрации может индивидуально подстраиваться в зависимости от имеющейся обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка. Вода и/или ил и/или осадок может обрабатываться, по меньшей мере, одним поверхностно-обработанным карбонатом кальция с этапа b) и, по меньшей мере, одним филлосиликатом с этапа с), приготовленными, например, в виде отдельных обычных составов, таких как, например, отдельные суспензии, порошки или гранулы. Альтернативно, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) могут быть приготовлены, например, в виде объединенных обычных составов, например, суспензии, порошка или гранул.
Возможны применения для очистки воды и обезвоживания илов и/или осадков, происходящих из разных производств, таких как промышленная сточная вода, питьевая вода, городская сточная вода, ил, такой как портовый ил, речной ил, прибрежный ил или созревший ил, сточная вода или технологическая вода из пивоваренных заводов или других заводов по производству напитков, сточная вода или технологическая вода от бумажной промышленности, промышленности для получения красителей, пигментов или покрытий, сельскохозяйственная сточная вода, сточная вода скотобойни, сточная вода кожевенной промышленности и промышленности по дублению кожи.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция с этапа b) и, по меньшей мере, один филлосиликат с этапа с) также могут преимущественно применяться для нейтрализации или буферизации обрабатываемой воды и/или ила и/или осадка, таких как промышленная сточная вода, питьевая вода, городская сточная вода, ил, такой как портовый ил, речной ил, прибрежный ил или созревший ил, сточная вода или технологическая вода из пивоваренных заводов или других заводов по производству напитков, сточная вода или технологическая вода от бумажной промышленности, промышленности для получения красителей, пигментов или покрытий, сельскохозяйственная сточная вода, сточная вода скотобойни, сточная вода кожевенной промышленности и промышленности по дублению кожи.
Ввиду очень хороших результатов предлагаемого способа в очистке воды и/или обезвоживании илов и/или осадков, заданных выше, дополнительным аспектом настоящего изобретения является применение комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция в очистке воды и/или обезвоживании илов и/или осадков. Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается применение комбинации филлосиликата и поверхностно-обработанного карбоната кальция для снижения количества полимерных помощников флокуляции в воде и/или илах и/или осадках.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается композитный материал, содержащий, по меньшей мере, один поверхностно-обработанный карбонат кальция, по меньшей мере, один филлосиликат и примеси.
Предпочтительно, данный композитный материал дополнительно содержит полимерный помощник флокуляции, определенный выше. Когда филлосиликат и поверхностно-обработанный карбонат кальция применяют в комбинации с полимерным помощником флокуляции, определенным выше, неожиданно было обнаружено, что получается флокулированный композитный материал с улучшенной компактностью, тогда как концентрация полимерного помощника флокуляции в фильтрате значительно снижается.
Если флокулированный композитный материал отделяют от воды и/или ила и/или осадка путем фильтрации, седиментации и/или центрифугирования, композитный материал может присутствовать в форме осадка на фильтре.
Что касается определения поверхностно-обработанного карбоната кальция, филлосиликата и предпочтительных вариантов их осуществления, делается ссылка на формулировки, приведенные выше при обсуждении технических подробностей способа настоящего изобретения.
Следующие примеры могут дополнительно иллюстрировать изобретение, но не предназначены ограничивать изобретение данными типичными вариантами осуществления.
ПРИМЕРЫ
Методы измерения
Следующие методы измерения использовали, чтобы определять параметры, данные в примерах и формуле изобретения.
Удельная площадь поверхности материала по БЭТ
Удельную площадь поверхности по БЭТ измеряли с помощью метода БЭТ согласно ISО 9277, используя азот, после подготовки образца путем нагрева при 250 °С в течение периода 30 минут. Перед такими измерениями образец отфильтровывали, промывали и сушили при 110 °С в сушильном шкафу в течение, по меньшей мере, 12 часов.
d
50
Распределение размера частиц (%масс частиц с диаметром < Х) и средневзвешенный диаметр частиц () мелкозернистого материала
TM
Средневзвешенный диаметр зерен и массовое распределение диаметра зерен мелкозернистого материала определяли с помощью метода седиментации, т.е. анализа поведения седиментации в гравитационном поле. Измерение выполняли с помощью Sedigraph 5100.
Средневзвешенный диаметр частиц поверхностно-обработанного карбоната кальция или бентонита определяли, используя Malvern Mastersizer 2000 Ver.5.4.
4
2
7
Данный метод и приборы известны специалистам и обычно применяются для определения размера зерен наполнителей и пигментов. Измерения выполняли в водном растворе 0,1 %масс NаРО. Образцы диспергировали, используя высокоскоростной смеситель и ультразвук.
Доступная площадь поверхности
Доступную площадь поверхности карбоната кальция можно определять с помощью метода, описанного в публикации Papirer, Schultz and Turchi (Eur. Polym. J., Vol. 20, No. 12, pp. 1155-1158, 1984).
Мутность
Мутность образцов воды измеряли, используя стандартный фотометр согласно стандартным процедурам.
Измерение рН
рН образцов воды измеряли, используя стандартный рН-метр при приблизительно 25 °С.
Щелочность
Щелочность образцов воды измеряли, используя стандартные процедуры титрования.
Окисляемость
Окисляемость образцов воды измеряли, используя хорошо известный СSВ метод с использованием бихромата калия.
Пример 1
d
50
2
ТМ
Следующий типичный пример включает в себя использование смеси, содержащей поверхностно-обработанный карбонат кальция и бентонит в комбинации с полимерным помощников флокуляции, для очистки двух разных образцов ила. Упомянутый поверхностно-обработанный карбонат кальция содержит модифицированный карбонат кальция и имеет величину средневзвешенного диаметра частиц  1,6 мкм (измеренную согласно методы седиментации) и удельную площадь поверхности 48 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. Поверхностно-обработанный карбонат кальция покрывали покрытием, содержащим полиакрилат, имеющий плотность катионного заряда 7 мЭкв/г. Полиакрилат присутствует в покрытии в количестве 0,95 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция. Комбинацию поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита применяли в виде смеси, имеющей массовое отношение поверхностно-обработанного карбоната кальция к бентониту приблизительно 1:1. В качестве полимерного помощника флокуляции использовали коммерчески доступный помощник флокуляции FLОРАМ FВ 608 (коммерчески доступный от SNF Floerger, France).
Способ очистки выполняли на смешанном иле (смесь первичного и биологического ила), отобранном от STEP Collombey-Muraz, и созревшем иле, отобранном от STEP AIEE Penthaz. 200 мл образца соответствующего ила добавляли в суспензию поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита, имеющую различное содержание поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита. Например, полное содержание поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита в суспензии было приблизительно 15 %масс, 25 %масс, 35 %масс, 45 %масс или 55 %масс в расчете на полную массу суспензии. После ручного взбалтывания флокуляцию завершали путем добавления полимерного помощника флокуляции. Полимерный помощник флокуляции использовали в форме суспензии, имеющей содержание помощника флокуляции 0,5 %масс в расчете на полную массу суспензии. Содержание помощника флокуляции в образце контролировали для соответствующих образцов ила.
Во время способа очистки образцов смешанного ила, а также созревшего ила, обработанных комбинацией смеси поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита и полимерного помощника флокуляции, получали снижение концентрации полимерного помощника флокуляции. Кроме того, снижение концентрации полимерного помощника флокуляции наблюдали для всех суспензий поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита, имеющих разное содержание. Таким образом, можно заключить, что во время способа очистки требуется пониженное количество полимерного помощника флокуляции.
Пример 2
d
50
2
Пример 2 выполняли таким же образом, как пример 1 за исключением того, что поверхностно-обработанный карбонат кальция содержал природный карбонат кальция и имел величину средневзвешенного диаметра частиц  2,3 мкм (измеренную согласно методу седиментации) и удельную площадь поверхности 28 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. Поверхностно-обработанный карбонат кальция покрывали покрытием, содержащим полиакрилат, имеющий плотность катионного заряда 7 мЭкв/г. Полиакрилат присутствовал в покрытии в количестве 0,95 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция.
Как в примере 1, снижение концентрации полимерного помощника флокуляции также было получено для примера 2.
Пример 3
d
50
2
TM
Следующий типичный пример включает применение поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита в комбинации с полимерным помощником флокуляции для очистки двух разных образцов ила. Сначала к образцам ила добавляли бентонит и затем поверхностно-обработанный карбонат кальция. Упомянутый поверхностно-обработанный карбонат кальция содержал модифицированный карбонат кальция и имел величину средневзвешенного диаметра частиц  1,7 мкм (измеренную согласно методу седиментации) и удельную площадь поверхности 51 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. Поверхностно-обработанный карбонат кальция покрывали покрытием, содержащим полиакрилат, имеющий плотность катионного заряда 7 мЭкв/г. Полиакрилат присутствовал в покрытии в количестве 0,95 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция. Поверхностно-обработанный карбонат кальция и бентонит использовали с массовым отношением поверхностно-обработанного карбоната кальция к бентониту приблизительно 1:1. В качестве полимерного помощника флокуляции использовали коммерчески доступный помощник флокуляции FLOPAM FB 608 (коммерчески доступный от SNF Floereger, France).
Способ очистки выполняли на смешанном иле (смесь первичного и биологического ила), отобранном от STEP Collombey-Muraz, и созревшем иле, отобранном от STEP AIEE Penthaz. Суспензию, имеющую различное содержание бентонита, добавляли к 200 мл образца соответствующего ила. Например, содержание бентонита в суспензии было приблизительно 15 %масс, 25 %масс, 35 %масс, 45 %масс или 55 %масс в расчете на полную массу суспензии. После полного добавления суспензии бентонита и ручного взбалтывания каждую полученную суспензию, содержащую смесь ил/бентонит, приводили в контакт с суспензией поверхностно-обработанного карбоната кальция, имеющей различное содержание поверхностно-обработанного карбоната кальция. Например, содержание поверхностно-обработанного карбоната кальция в суспензии было приблизительно 15 %масс, 25 %масс, 35 %масс, 45 %масс или 55 %масс в расчете на полную массу суспензии. После ручного взбалтывания завершали флокуляцию путем добавления полимерного помощника флокуляции. Полимерный помощник флокуляции использовали в форме суспензии, имеющей содержание помощника флокуляции 0,5 %масс в расчете на полную массу суспензии. Содержание помощника флокуляции в образце контролировали для соответствующих образцов ила.
Во время способа очистки образцов смешанного ила, а также созревшего ила, обработанных сначала бентонитом, а затем поверхностно-обработанным карбонатом кальция и полимерным помощником флокуляции, получали снижение концентрации полимерного помощника флокуляции. Кроме того, снижение концентрации полимерного помощника флокуляции наблюдали для всех содержаний бентонита и поверхностно-обработанного карбоната кальция. Таким образом, можно заключить, что во время способа очистки требуется пониженное количество полимерного помощника флокуляции.
Пример 4
d
50
2
Пример 4 выполняли таким же образом, как пример 3 за исключением того, что поверхностно-обработанный карбонат кальция содержал природный карбонат кальция и имел величину средневзвешенного диаметра частиц  1,7 мкм (измеренную согласно методу седиментации) и удельную площадь поверхности 38 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. Поверхностно-обработанный карбонат кальция покрывали покрытием, содержащим полиакрилат, имеющий плотность катионного заряда 7 мЭкв/г. Полиакрилат присутствовал в покрытии в количестве 0,95 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция.
Как в примере 3, снижение концентрации полимерного помощника флокуляции также было получено для примера 4.
Пример 5
d
50
2
TM
Следующий типичный пример включает применение модифицированного карбоната кальция, т.е. карбонат кальция не покрывали покрытием, содержащим, по меньшей мере, один катионный полимер, в комбинации с полимерным помощником флокуляции, но в отсутствие бентонита, для очистки двух разных образцов ила. Упомянутый модифицированный карбонат кальция имел величину средневзвешенного диаметра частиц  1,7 мкм (измеренную согласно методу седиментации) и удельную площадь поверхности 45 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. В качестве полимерного помощника флокуляции использовали коммерчески доступный помощник флокуляции FLOPAM FB 608 (коммерчески доступный от SNF Floereger, France).
Способ очистки выполняли на смешанном иле (смесь первичного и биологического ила), отобранном от STEP Collombey-Muraz, и созревшем иле, отобранном от STEP AIEE Penthaz. 200 мл образца соответствующего ила добавляли в суспензию модифицированного карбоната кальция, имеющую содержание поверхностно-обработанного карбоната кальция 31,8 %масс в расчете на полную массу суспензии. После ручного взбалтывания флокуляцию завершали путем добавления полимерного помощника флокуляции. Полимерный помощник флокуляции использовали в форме суспензии, имеющей содержание помощника флокуляции 0,5 %масс в расчете на полную массу суспензии. Содержание помощника флокуляции в образце контролировали для соответствующих образцов ила.
Во время способа очистки образцов смешанного ила, а также созревшего ила, обработанных комбинацией модифицированного карбоната кальция и полимерного помощника флокуляции, получали только небольшое снижение концентрации полимерного помощника флокуляции.
В целом, можно заключить, что применение модифицированного карбоната кальция в комбинации с полимерным помощником флокуляции, но в отсутствие бентонита оказывает только слабое воздействие на количество полимерного помощника флокуляции, требуемое для полной флокуляции.
Пример 6
d
50
2
Следующий типичный пример включает применение разных количеств смеси, содержащей поверхностно-обработанный карбонат кальция и бентонит в комбинации с полимерным помощником флокуляции, для очистки речной воды. Упомянутый поверхностно-обработанный карбонат кальция содержал модифицированный карбонат кальция и имел величину средневзвешенного диаметра частиц  2,0 мкм (измеренную согласно методу седиментации) и удельную площадь поверхности 56 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. Поверхностно-обработанный карбонат кальция покрывали покрытием, содержащим поли(диаллилдиметиламмоний хлорид), имеющий плотность катионного заряда 6,2 мЭкв/г. Поли(диаллилдиметиламмоний хлорид) присутствовал в покрытии в количестве 1,5 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция. Комбинацию поверхностно-обработанного карбоната кальция и бентонита использовали в смеси, имеющей массовое отношение поверхностно-обработанного карбоната кальция к бентониту приблизительно 1:1. В качестве полимерного помощника флокуляции использовали коммерчески доступный помощник флокуляции Nerolan AG 580 (коммерчески доступный от Nerolan Wassertechnik GmbH, Germany). Nerolan AG 580 представляет собой полиакрилат, который свободен от акриламида.
В качестве сравнительного примера использовали сульфат алюминия в комбинации с полиакриламидом в качестве полимерного помощника флокуляции. В качестве полимерного помощника флокуляции использовали коммерчески доступный помощник флокуляции Praestol 650 TR (коммерчески доступный от Ashland Deutschland GmbH, Germany).
Способ очистки выполняли на речной воде из Невы в России, отобранной у водяного заграждения. Разные количества смеси, содержащей поверхностно-обработанный карбонат кальция и бентонит, и 10 ч/млн сульфата алюминия соответственно, добавляли к приблизительно 450 мл образца воды. После взбалтывания при 400 об/мин в течение приблизительно 30 с, флокуляцию завершали путем добавления соответствующего полимерного помощника флокуляции.
В целом, можно заключить, что применение смеси, содержащей поверхностно-обработанный карбонат кальция и бентонит в комбинации с полимерным помощником флокуляции, оказывает положительный эффект на качество воды, полученной с помощью данного способа очистки.
Пример 7
d
50
2
Пример 7 выполняли таким же образом, как пример 6 за исключением того, что поверхностно-обработанный карбонат кальция содержал природный карбонат кальция и имел величину средневзвешенного диаметра частиц  1,8 мкм (измеренную согласно методу седиментации) и удельную площадь поверхности 23 м/г (измеренную с использованием азота и метода БЭТ) до обработки поверхности. Поверхностно-обработанный карбонат кальция покрывали покрытием, содержащим полиакрилат, имеющий плотность катионного заряда 6 мЭкв/г. Полиакрилат присутствовал в покрытии в количестве 0,95 %масс в расчете на сухую массу карбоната кальция.
Как в примере 6, положительный эффект на качество воды также был получен для примера 7.