композиция для очистки природных и сточных вод и способ получения композиции для очистки природных и сточных вод (варианты)

Формула изобретения

1. Композиция для очистки природных и сточных вод, включающая соединения четырехвалентного титана и соединения неметаллов, отличающаяся тем, что композиция содержит по крайней мере одно соединение металла, выбранного из I-IV и VIII групп Периодической системы элементов (ПСЭ), и по крайней мере одно соединение металла, выбранного из V группы ПСЭ при отношении титана к сумме металлов, равном 1: (0,1-30).

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металлов I группы ПСЭ взяты натрий, и/или литий, и/или калий, и/или рубидий.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металлов II группы ПСЭ взяты магний, и/или кальций, и/или цинк.

4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металлов III группы ПСЭ взят алюминий, и/или лантан, и/или скандий.

5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металлов IV группы ПСЭ взяты кремний, и/или цирконий, и/или олово.

6. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве металлов V группы ПСЭ взяты ниобий и/или тантал.

7. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что соединения титана и металлы I группы ПСЭ, и/или II, III и VIII групп ПСЭ, и/или IV группы ПСЭ, и/или V группы ПСЭ в пересчете на ионы металлов взяты в отношении к титану как 1: (0,1-10): (0,1-30): (0,1-20): (0,1-5).

8. Композиция для очистки природных и сточных вод, включающая соединения четырехвалентного титана и соединения неметаллов, отличающаяся тем, что композиция содержит по крайней мере одно соединение металла, выбранного из I-IV и VIII групп ПСЭ, и по крайней мере одно соединение металла, выбранного из V группы ПСЭ, в виде гидроксида, и/или оксида, и/или соли при отношении титана к сумме металлов, равном 1: (0,1-30).

9. Композиция по п. 8, отличающаяся тем, что в качестве, соединений неметаллов выбран по крайней мере один из хлоридных, и/или сульфатных, и/или карбонатных, и/или фосфатных анионов, и/или их смесь.

10. Композиция для очистки природных и сточных вод, включающая соединения четырехвалентного титана и соединения неметаллов, отличающаяся тем, что она содержит по крайней мере одно соединение металла, выбранного из I-V и VIII групп ПСЭ, и соединение трехвалентного титана при отношении четырехвалентного титана к сумме металлов, равном 1: (0,1-30).

11. Композиция по п. 10, отличающаяся тем, что содержание трехвалентного титана составляет 0,1-5 мас. % по отношению к четырехвалентному титану.

12. Способ получения композиции для очистки природных и сточных вод путем обработки соединений металлов кислым титансодержащим раствором при непрерывном перемешивании и нагреве, отличающийся тем, что обработку соединений металлов I-V и VIII групп ПСЭ производят при нагревании не менее чем в две стадии, первая из которых в интервале 10-90^oС со скоростью нагревания не ниже 3^oС/мин, после чего скорость нагрева уменьшают до 1^oС/мин и производят вторую стадию нагрева в области температур 95-105^oС в течение 0,5-2 ч и третью стадию нагрева в области температур 105-120^oС в течение 0,5-2 ч.

13. Способ получения композиции для очистки природных и сточных вод путем обработки соединений металлов кислым титансодержащим раствором при непрерывном перемешивании и нагреве, отличающийся тем, что обработку соединений металлов I-V и VIII групп ПСЭ производят при нагревании не менее чем в две стадии, первая из которых в интервале 10-90^oС со скоростью нагревания не ниже 3^oС/мин, после чего скорость нагрева уменьшают до 1^oС/мин и производят вторую стадию нагрева в области температур 95-105^oС в течение 0,5-2 ч и третью стадию нагрева в области температур 105-120^oС в течение 0,5-2 ч при одновременном введении на второй или третьей стадии соединений трехвалентного титана в количестве 1-5 мас. % по отношению к основному четырехвалентному титану.

14. Способ получения композиции для очистки природных и сточных вод путем обработки соединений металлов кислым титансодержащим раствором при непрерывном перемешивании и нагреве, отличающийся тем, что обработку соединений металлов I-V и VIII групп ПСЭ производят при нагревании не менее чем в две стадии, первая из которых в интервале 10 - 90^oС со скоростью нагревания не ниже 3^oС/мин, после чего скорость нагрева уменьшают до 1^oС/мин и производят вторую стадию нагрева в области температур 95-105^oС в течение 0,5-2 ч и третью стадию нагрева в области температур 105-120^oС в течение 0,5-2 ч при одновременном синтезе трехвалентного титана в количестве 1-5 мас. % по отношению к основному четырехвалентному титану путем введения металлов-восстановителей, в качестве которых применяют порошок металлического алюминия, и/или титана, и/или цинка, и/или олова, и/или их смесь.

15. Способ получения композиции для очистки природных и сточных вод, включающий обработку соединений металлов I-V и VIII групп ПСЭ кислым титансодержащим раствором при непрерывном перемешивании и нагреве, отличающийся тем, что нагревание проводят не менее чем в две стадии в температурном интервале 10-120^oС при введении перед окончанием процесса получения композиции оксидов металлов II-V групп ПСЭ в количестве 1-5 мас. % по отношению к четырехвалентному титану.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологии, в частности к очистке природных и сточных вод от различного типа токсичных соединений природного и технического происхождения, и может быть использовано в целях охраны окружающей среды и здоровья человека.

Актуальность проблемы очистки воды связана с ростом антропогенной нагрузки на окружающую среду, особенно в экономически развитых странах, и с увеличением загрязнения природных вод органическими и неорганическими экотоксикантами: тяжелыми металлами, радионуклидами, минеральными и органическими взвесями, микробами, фито- и зоопланктоном. Особое значение для питьевого водоснабжения и технических нужд ряда высокотехнологичных производств имеет очистка природных и сточных вод от органических примесей. Неэффективная очистка от этих веществ и образование в процессе водоподготовки вторичных загрязнений, вредных для здоровья человека, ведут к нежелательным экологическим последствиям и нарушают сложные технологические процессы.

Известны способы очистки воды, основанные на традиционных реагентах [1, 2] , состоящих из двух- и трехвалентных металлов. Однако они, в силу малой коагулирующей способности, не обеспечивают требуемой степени очистки, плохо коагулируют при низких температурах обрабатываемой воды.

Известны сложные композиции из соединений одно-, двух- и трехвалентных металлов [3, 4] , которые также не эффективны при очистке вод, особенно от органических примесей.

Из мирового уровня техники известно [5], что коагулирующая способность металлов и, следовательно, эффективность процесса коагулирования возрастают с повышением валентности металлов, входящих в состав композиций. Поэтому включение в состав композиции четырехвалентных металлов должно способствовать улучшению процессов коагуляции и очистки воды.

Известна композиция, содержащая соединения четырехвалентного титана: оксид, гидроокиси, мета- и ортотитановую кислоты [6], которая в процессе обработки воды подвергается фото-облучению и затем нейтрализуется гидроокисью натрия. Однако такая композиция, полученная известным способом, мало эффективна, поскольку имеет нестабильный во времени состав, требует предварительного облучения и ограничена областью применения (бумажное производство).

Известны композиция [7] , наиболее близкая к предлагаемой и выбранная заявителями в качестве прототипа, и способ ее получения из природного материала - красного шлама, являющегося отходом производства алюминия. В состав композиции наряду с алюминием, натрием и железом входят четырехвалентные элементы: кремний и титан.

Недостатками известной композиции являются существенные ограничения по составу и содержанию компонентов, зависящему от состава отходов алюминиевого производства, а главное - невозможность применения ее для получения питьевой воды из-за присутствия в сырье вредных примесей (ванадия, кадмия и др.).

Эти недостатки прототипа устраняются предложенными вариантами заявленной композиции.

Из уровня техники в данной области известны способы получения композиций для очистки природных и сточных вод на основе соединений алюминия, железа и кремния [1, 5]. Они основаны на таком технологическом приеме, как обработка алюминий-, железо- и кремнийсодержащего сырья различными кислотами (или смесями кислот) при нагревании [8-15].

Известен способ получения композиции для очистки воды [16], который является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбран заявителями в качестве прототипа. Сущность способа [16] состоит в обработке гидроксидов металлов II, III и VIII групп Периодической системы элементов (ПСЭ) кислым титансодержащим раствором при непрерывном перемешивании и нагревании выше 60^oС.

Недостатком этого способа является ограниченный выбор элементов композиции с максимальной валентностью, равной 4, включая титан. Это уменьшает коагулирующую способность композиции и снижает эффективность очистки вод. Отсутствие в способе получения стадии полимеризации также снижает качество реагента и ухудшает процесс коагуляции при его применении. Кроме того, известное соотношение между элементами композиции ограничивает эффективность ее применения для конкретных объектов очищаемой воды и часто экономически не оправдано из-за высокого содержания титана.

Технический результат, достигаемый вариантами заявляемого изобретения, состоит в обеспечении высокой степени очистки от тяжелых металлов, радионуклидов и органических веществ как различных природных вод, так и сточных вод промышленных предприятий. Применение заявляемой композиции для питьевого водоснабжения при сравнительно низких дозировках обеспечивает надежную, стабильную работу коагулянта и не приводит ко вторичному загрязнению. При этом, что особенно важно для экологии, образующийся в небольших объемах компактный осадок легко утилизируется и не ухудшает состояние окружающей среды.

Технический результат является общим для всех предложенных вариантов заявленного изобретения и состоит в том, что выбор оптимального состава композиции для конкретного типа очищаемой воды и температурных условий водоочистки и способа ее получения позволяет надежно и стабильно достигать высокой степени очистки при минимальном расходе реагентов. Кроме того, композиция на основе соединений титана экологически более безопасна по сравнению с известными реагентами [17, 18] , так как ее применение снижает уровень вторичного загрязнения очищаемой воды, а образующиеся в процессе коагуляции соединения титана практически нерастворимы в воде.

Принципиальное отличие заявленного изобретения от известного уровня техники (в том числе и от прототипа) заключается в существенно ином подходе к созданию коагулянта. В заявляемой композиции титан используется как основа реагента с высокой коагулирующей способностью, которая усиливается с введением в состав композиции других четырех- и пятивалентных ионов металлов. В процессе коагуляции соединения титана образуют в водной фазе сложную коллоидную структуру, которая удерживает в своем составе другие компоненты композиции. Образовавшиеся крупные хлопья коагулянта имеют развитую поверхность с широким набором активных адсорбционных центров и микропор, которые сорбируют и захватывают микропорами примеси различных веществ, особенно эффективно органических соединений. Введение 4- и 5-валентных ионов металлов усиливает процесс коагуляции и повышает эффективность очистки. Присутствие в композиции ионов металлов других валентностей, обладающих высокой ионообменной способностью по отношению к различным примесям, повышает эффективность адсорбции и, следовательно, степень очистки.

Результаты многочисленных исследований показали, что целенаправленное изменение состава композиции в зависимости от конкретного состояния очищаемого водного объекта позволяет добиваться максимального эффекта очистки при минимальном расходе реагента оптимального состава. Кроме экономического эффекта такой подход позволяет свести до минимума уровень вторичного загрязнения очищенной воды составляющими самой композиции, что дает ощутимый экологический эффект.

Указанный выше технический результат при реализации изобретения достигается тем, что в состав композиции для очистки природных и сточных вод (по первому варианту), включающей соединения титана и соединения металлов I-IV, VIII групп ПСЭ, вводят, в отличие от известного состава, соединения металлов V группы ПСЭ (ниобия и/или тантала) и соединения металлов I группы (лития, калия и/или рубидия), II группы (кальция и/или цинка), III группы (лантана и/или скандия), IV группы (циркония и/или олова), VIII группы (никеля).

Композиция для очистки природных и сточных вод, включающая соединения титана и соединения элементов I-VIII групп Периодической системы элементов (ПСЭ), описывается следующей ионной формулой:

n(Ме(+), Ме(2+), Ме(3+), Ме(4+), Ме(5+))(m(O(2-), ОН(-), Cl(-), SO₄(2-), СO₃(2+), РO₄(3+)),

где Ме(+)=Li, К, Na, Rb (I группа ПСЭ)

Ме(2+)=Мg, Са, Zn, Fe(2+), Ni(2+) (II и VIII группы ПСЭ)

Ме(3+)=Аl, Sc, La, Fe(3+), Ti(3+) (III, IV и VIII группы ПСЭ)

Ме(4+)=Si, Ti, Zr, Sn (IV группа ПСЭ)

Ме(5+)=Nb, Та (V группа ПСЭ)

Причем соединения титана и соединения металлов для всех групп ПСЭ взяты в отношении ионов титана к ионам металлов в интервале 1:(0,1-30).

В конкретных формах выполнения заявляемой композиции его состав и соотношение между ионами титана и ионами металлов других групп ПСЭ представлены в таблице 1, где соединения металлов представлены в форме ионов, а соединения титана даны в пересчете на ионы титана.

Данные проведенных исследований по применению заявленной композиции для различного типа реальных водных объектов представлены в таблицах 2-8 для процессов очистки от взвешенных веществ и органических соединений (табл. 2, 3 и 4), для очистки от тяжелых металлов (табл. 5), для очистки от органических примесей при введении металлов-восстановителей (табл. 6), для очистки от нефтепродуктов и мышьяка (табл. 7), для очистки от гуминовых кислот (табл. 8).

В зависимости от типа очищаемой воды применяются композиции с различными сочетаниями этих компонентов. При этом в соответствии с классификацией очищаемых природных и сточных вод [19, стр. 72-89] и на основании компьютерной информационной базы [20] выбирают наиболее подходящий тип композиции как по набору указанных выше элементов, так и по соотношению между ними и ионами титана.

Указанный выше технический результат при осуществлении изобретения (по второму варианту) достигается тем, что в состав композиции для очистки природных и сточных вод, включающей соединения титана и соединения металлов I-IV, VIII групп ПСЭ и отличающейся от прототипа тем, что в нее вводят в качестве соединений металлов оксиды, гидроксиды и соли металлов и/или их смеси, а в качестве кислого титансодержащего раствора растворы хлорида титана и/или сульфата титана, и/или карбоната титана, и/или фосфата титана, и/или их смеси.

Дополнение композиции соединениями трехвалентного титана за счет введения металлов-восстановителей или растворов трехвалентного титана (третий вариант) повышает эффективность очистки природных и сточных вод, особенно от органических примесей. Это достигается за счет того, что в результате образования комплексов и присоединения органических молекул к ионам трехвалентного титана [21] усиливается их адсорбция на хлопьях коагулянта.

Примеры осуществления некоторых композиций для реальных типов вод при очистке от определенного вида примесей приведены в таблицах 2-8.

Заявляемый способ получения композиции для очистки природных и сточных вод, включающий обработку соединений металлов II, III и VIII групп ПСЭ кислым титансодержащим раствором при перемешивании и нагреве, отличается (по первому варианту) тем, что в качестве соединений металлов, кроме гидроксидов, берут оксиды и соли металлов II, III и VIII групп ПСЭ, а также оксиды, гидроксиды и соли металлов I, IV и V групп ПСЭ. Кроме того, в качестве кислых растворов титана в зависимости от области применения композиции выбирают растворы сульфата, карбоната или фосфата титана.

Заявляемый способ (по второму варианту) отличается от известного тем, что нагрев компонентов смеси осуществляют с разными скоростями не менее чем в две стадии: быстрое растворение соединений металлов на первой стадии (при изменении температуры в интервале 10-90^oС со скоростью 3^oС/мин) и медленный нагрев на второй и третьей стадиях (в интервале 90-105^oС и в интервале 105-120^oС) для полимеризации смеси (композиции).

Заявляемый способ (по третьему варианту) отличается от известного также и тем, что введение на стадии полимеризации ионов трехвалентного титана в виде раствора или его получение в процессе синтеза путем введения в композицию металлов-восстановителей повышает качество реагента за счет увеличения его адсорбционной способности по отношению к органическим соединениям.

Заявляемый способ (по четвертому варианту) отличается от известного тем, что на завершающей стадии процесса в состав смеси вводят оксиды металлов II-V групп ПСЭ, играющие роль внутренних замутнителей, которые повышают степень очистки от природных органических соединений.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, является общим для всех вариантов заявляемого способа получения композиции для очистки природных и сточных вод и состоит в том, что, наряду с оптимальным составом композиции, появляется возможность синтезировать реагент в заданном технологическом режиме. Это позволяет получать максимальные технический, экономический и экологический эффекты в зависимости от любого типа обрабатываемой воды.

Единая совокупность признаков, перечисленных выше, связана причинно-следственной связью с ранее изложенными результатами, а именно: проведение процесса нагрева не менее чем в две стадии с применением режимов полимеризации позволяет получать композиционный материал, который хорошо коагулирует в воде даже при низких температурах с образованием крупных хлопьев, что дает возможность интенсифицировать процесс очистки и повышать его экономичность (как за счет увеличения пропускной способности станций водоподготовки и водоочистки, так и за счет снижения доз коагулянта).

Изменение состава и комбинации элементов композиции позволяет, используя общую технологию синтеза, получать широкий набор реагентов для очистки природных и сточных вод разных типов, различающихся составом и содержанием тяжелых металлов, радионуклидов, взвешенных веществ, органических соединений, микроорганизмов, фито- и зоопланктона.

Проведенный заявителями анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков и тождественные всем признакам заявленных объектов: вариантов композиций для очистки природных и сточных вод на основе соединений титана и вариантов способа получения композиции на основе соединений титана, отсутствуют. На этом основании заявители полагают, что каждое из заявленных изобретений группы соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений - композиции на основе соединений титана для очистки природных и сточных вод - в данной и смежных областях техники с целью выявления известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что заявленное изобретение - композиция на основе соединений титана - не следует явным образом из современного уровня техники, поскольку из доступной заявителям литературы не выявлено влияние преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение результата. В частности, заявляемой композицией на основе соединений титана не предусматриваются следующие известные из уровня техники преобразования:

- дополнение известной композиции какой-либо известной частью или частями, присоединяемыми к нему по известным правилам, для достижения результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- замена какой-либо части или частей известной композиции на основе соединений титана другой известной частью для достижения результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части известной композиции с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- выполнение известной композиции, его части или частей из известного ингредиента для достижения результата, обусловленного известными свойствами этого ингредиента;

- создание композиции, состоящей из известных ингредиентов, выбор которых, соотношение и способ получения осуществлены на основании известных правил и рекомендаций, и достигаемый при этом результат обусловлен только известными свойствами ингредиентов композиции, их соотношением и способом получения.

Заявляемая композиция на основе соединений титана основана не только на изменении количественного признака или признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи или изменении его (их) вида, когда известен факт влияния каждого из признаков на результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь получены из ранее известных закономерностей и зависимостей.

Результаты поиска известных решений - способа получения композиции для очистки природных и сточных вод на основе соединений титана в данной и смежных областях техники с целью выявления известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что заявленное изобретение - способ получения композиции не следует явным образом из уровня техники, определенного заявителем, поскольку не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение результата, в частности заявляемым способом не предусматриваются известные из уровня техники преобразования:

- дополнение известного способа получения композиции какой-либо известной частью или частями, присоединенными к нему по известным правилам, для достижения результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- замена какой-либо части или частей известного способа получения композиции для очистки природных и сточных вод другой известной частью для достижения результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части известного способа получения композиции для очистки природных и сточных вод с одновременным исключением обусловленными ее наличием функций и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- выполнение известного способа получения композиции для очистки природных и сточных вод, его части или частей из известных ингредиентов для достижения результата, обусловленного известными свойствами этого ингредиента.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного результата, подтверждаются следующими примерами.

Пример 1.

В 100 мл водного кислого раствора хлорида титана, содержащего в пересчете на ион 15% титана, вводят при температуре 10-40^oС и непрерывном перемешивании оксиды и/или гидроксиды, и/или соли, и/или их смесь металлов I-V, VIII групп ПСЭ при соотношениях, указанных в таблице комбинаций (табл. 1). Полученную смесь нагревают сначала со скоростью не ниже 3^oС /мин до температуры 90-95^oС, затем со скоростью не выше 1^oС/мин до температуры 95-120^oС, выдерживают при этой температуре не менее 30 мин, охлаждают до комнатной температуры и направляют на испытания. Результаты испытаний по очистке природной воды от взвешенных веществ (содержание в исходной воде равно 2,3 мг/л) и от органических веществ (содержание по перманганатной окисляемости 9 мг О₂/л) представлены в таблицах 2-4.

Пример 2.

В 100 мл водного кислого раствора хлорида титана или сульфата, или карбоната, или фосфата титана, содержащего в пересчете на ион 15% титана, вводят при температуре 10-40^oС и непрерывном перемешивании оксиды и/или гидроксиды, и/или соли, и/или их смесь металлов I-V, VIII групп ПСЭ при соотношениях, указанных в таблице комбинаций (таблица 1). Полученную смесь нагревают сначала со скоростью не ниже 3^oС/мин до температуры 90-95^oС, затем со скоростью не выше 1^oС/мин до температуры 95-120^oС, выдерживают при этой температуре не менее 30 мин, охлаждают до комнатной температуры и направляют на испытания. Результаты испытаний по очистке природной воды от взвешенных веществ (содержание в исходной воде 2,3 мг/л) и от органических веществ (содержание по перманганатной окисляемости 9 мг O₂/л) представлены в таблицах 3-4.

Пример 3.

В 100 мл водного кислого раствора сульфата титана, содержащего в пересчете на ион 15 % титана, вводят при температуре 10-40^oС и непрерывном перемешивании оксиды и/или гидроксиды, и/или соли, и/или их смесь металлов I-V, VIII групп ПСЭ при соотношениях, указанных в таблице комбинаций (таблица 1). Полученную смесь нагревают сначала со скоростью не ниже 3^oС/мин до температуры 90^oС, затем со скоростью не выше 1^oС/мин до температуры 90-105 или до 90-120^oС, выдерживают при этой температуре не менее 30 мин, охлаждают до комнатной температуры и направляют на испытания. Результаты испытаний по очистке природной воды от наиболее опасных тяжелых металлов: кадмия, марганца, меди (2-3 класс опасности) с применением композиции, полученной при разных температурных режимах, приведены в таблице 5.

Пример 4.

В 100 мл водного кислого раствора фосфата титана, содержащего в пересчете на ион 15 % титана, вводят при температуре 10-40^oС и непрерывном перемешивании оксиды и/или гидроксиды, и/или соли, и/или их смесь металлов I-V, VIII групп ПСЭ при соотношениях, указанных в таблице комбинаций (табл. 1). Полученную смесь нагревают сначала со скоростью не ниже 3^oС/мин до температуры 90^oС, затем со скоростью не выше 1^oС/мин до 90-120^oС при одновременном введении металла-восстановителя. Полученную композицию выдерживают при этой температуре не менее 30 мин, охлаждают до комнатной температуры и направляют на испытания. Результаты испытаний по очистке природной воды от органических веществ при добавлении металлов-восстановителей: алюминия, титана, олова или цинка приведены в таблице 6.

Пример 5.

В 100 мл водного кислого раствора карбоната титана, содержащего в пересчете на ион 15% титана, вводят при температуре 10-40^oС и непрерывном перемешивании оксиды и/или гидроксиды, и/или соли, и/или их смесь металлов I-V, VIII групп ПСЭ при соотношениях, указанных в таблице комбинаций (таблица 1). Полученную смесь нагревают сначала со скоростью не ниже 3^oС/мин до температуры 90^oС, затем со скоростью не выше 1^oС/мин до 90-120^oС при одновременном введении раствора трехвалентного титана. Полученную композицию выдерживают при этой температуре не менее 30 мин, охлаждают до комнатной температуры и направляют на испытания. Результаты испытаний по очистке сточных вод от органических веществ (нефтепродуктов) и экотоксикантов (мышьяка) при добавлении раствора трехвалентного титана приведены в таблице 7.

Пример 6.

В 100 мл водного кислого раствора сульфата титана, содержащего в пересчете на ион 15% титана, вводят при температуре 10-40^oС и непрерывном перемешивании оксиды и/или гидроксиды, и/или соли, и/или их смесь металлов I-V, VIII групп ПСЭ при соотношениях, указанных в таблице комбинаций (таблица 1). Полученную смесь нагревают сначала со скоростью не ниже 3^oС/мин до температуры 90^oС, затем со скоростью не выше 1^oС/мин до 90-120^oС при одновременном введении оксидов II-IV групп ПСЭ. Полученную композицию выдерживают при этой температуре не менее 30 мин, охлаждают до комнатной температуры и направляют на испытания. Результаты испытаний по очистки природной воды от органических веществ (гуминовых кислот) при добавлении оксидов II-IV групп ПСЭ приведены в таблице 8.

Предельные значения элементов, входящих в состав композиции, имеют такие числовые значения, превышение которых не позволяет в полной мере получить вышеуказанные свойства и обеспечить как эффективную очистку воды, так и возможность практически осуществить способы изготовления композиции.

Например, при превышении соотношения Ti: Me выше 1:30 положительное воздействие титана на свойства композиции резко снижается, что проявляется в уменьшении степени очистки воды. При снижении соотношения Ti:Me ниже 1:0,1 коагулирующие способности композиции ухудшаются, появляется большое количество тонкодисперсной взвеси, что не повышает эффективность очистки, но затрудняет работу фильтров очистных сооружений.

Проведение процесса синтеза как минимум в двух температурных областях с разными скоростями нагрева позволяет, с одной стороны, провести растворение компонентов смеси с приемлемыми в технологическом режиме скоростями, а с другой стороны, провести процесс полимеризации композиции в оптимальном температурном режиме. Повышение температуры выше 120^oС вызывает кристаллизацию продукта и снижение его свойств.

Введение дополнительно металлов-восстановителей, трехвалентного титана или оксидов металлов ниже заявленного уровня не дает положительного эффекта, а выше заявленного уровня экономически нецелесообразно, т.к. степень очистки изменяется незначительно.

Возможности осуществления вариантов способа его изготовления в областях, находящихся между предельными значениями, дают возможность получать продукт, который обеспечивает все показатели эффективности композиции, а также позволяет реализовать в практических условиях способы его изготовления.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании данного изобретения композиции и вариантов способа ее получения в следующей совокупности условий: композиция предназначена для очистки природных и сточных вод в качестве коагулянта при очистке от природных и техногенных экотоксикантов. Для композиции в том виде, как она охарактеризована в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность ее многократного воспроизводства в промышленных условиях с помощью описанных средств.

Композиция при ее изготовлении способна обеспечить указанную в данном изобретении степень очистки природных и сточных вод.

Варианты способов получения композиции позволяют получать композицию для эффективной очистки природных и сточных вод.

В заявке соблюдено требование единства изобретения, поскольку заявленная группа изобретений - варианты композиции для очистки природных и сточных вод и варианты способов их получения - образуют единый изобретательский замысел. При этом объекты группы изобретений направлены на достижения общего технического результата, обеспечивающего высокую эффективность очистки разнообразных по характеру загрязнений типов природных и сточных вод с получением единого результата. Результат, который достигается при осуществлении группы изобретений, заключается в том, что при очистке различных водных объектов экологически безопасным реагентом - композициями для очистки вод - достигается высокая степень удаления разнообразных экотоксикантов природного и техногенного происхождения при отсутствии вторичного загрязнения.

Проведенный заявителями анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного изобретения по каждому варианту, отсутствуют, что свидетельствует о соответствии заявленного изобретения, представленного в 3-х вариантах композиции для очистки природных и сточных вод и в 4-х вариантах способа получения композиции для очистки природных и сточных вод, условию "новизны".

Результаты поиска известных технических решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из известного уровня техники.

На основе анализа известного уровня техники заявителями не выявлена известность влияния существенных признаков каждого из вариантов заявленного изобретения на достижение указанного выше технического результата, что свидетельствует о соответствии каждого из вариантов заявленного изобретения условию "изобретательский уровень".

Кроме указанного достигаемого основного технического результата и преимуществ заявленных объектов группы следует отметить также дополнительные их достоинства: экологическая безопасность применения композиции на основе соединений титана.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия:

- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, предназначены для обеспечения безопасной жизнедеятельности человека, конкретно для снабжения населения высококачественной питьевой водой и охраны окружающей среды от загрязнений вредными веществами;

- для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных до подачи заявки решений;

- для всех вариантов получения композиции в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность ее многократного воспроизводства в примышленных условиях с помощью описанных приемов, операций и используемых соединений металлов.

На основании приведенного анализа заявители полагают, что заявленное изобретение на композицию для очистки природных и сточных вод и способ ее получения соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Технический результат, достигаемый композицией для очистки природных и сточных вод и способом ее получения, состоит в получении высококачественной питьевой воды для сохранения здоровья и долголетия человека, в эффективной и надежной очистке сточных вод с целью обеспечения экологической безопасности человека и окружающей среды.

Источники информации

1. Ткачев К.В., Запольский А.К., Кисель Ю.К, Технология коагулянтов. Л., "Химия", 1978, с. 8-32.

2. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессе очистки воды, Л., "Химия", 1987.

3. Патент США 4566986, кл. C 02 F 005/08; C 01 F 007/16; C 01 F 007/74, опубл. 28.01.86.

4. Патент США 5976401, кл. C 02 F 001/42; C 02 F 005/08; С 09 К 003/00.

5. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами, М., "Наука", 1977, с. 108.

6. Патент Японии 8266602 А, кл. A 61 L 009/01, опубл. 30.03.95.

7. Патент Великобритании 1484671, кл. С 02 В 1/20, С 02 С 5/002, опубл. 16.11.73 (прототип для композиции).

8. Патент России 2039711, кл. C 02 F 1/52, опубл. 20.07.95.

9. Патент России 93031275, кл. C 01 F 7/52, опубл. 20.01.96.

10. Патент России 95106759/25, кл. C 01 F 7/74, опубл. 10.01.97.

11. Патент России 2088527, кл. C 01 F 7/74, опубл. 27.08.97.

12. Патент России 97119967/25, кл. C 01 F 7/25, опубл. 27.08.97.

13. Патент России 2122975, кл. C 01 F 7/74, опубл. 10.12.98.

14. Патент США 4156040, кл. B 05 D 003/02, опубл. 22.05.79.

15. Патент США 4215094, кл. C 01 F 007/06, C 01 F 007/46, опубл. 29.07.80.

16. Патент России 2087425, кл. С 02 F 1/52, С 01 F 7/74, опубл. 20.08.97 (прототип для способа).

17. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Титан. Женева, Всемирная организация здравоохранения. "Медицина", 1986.

18. Перечень ПДК и ОБУВ вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов. М., "Мединф", 1995.

19. Кульский Л. А. Теоретическое обоснование технологии очистки воды, Киев, "Наукова думка", 1968, с. 72-89.

20. Фрог Н.П. Информационная база для выбора технологических процессов приготовления питьевой воды. // Водоснабжение и санитарная техника, 1998. 4, с. 8.

21. Горощенко Я.Г. Химия титана, ч. II, Киев, "Наукова думка", 1972.