CC BY
6
УДК 628.31 Кузин Е.Н.
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ КОАГУЛЯНТОВ
Кузин Евгений Николаевич - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии ФГБОУ ВО «Российский
химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»,
Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, дом 20. Kuzin.e.n.@muctr.ru
В статье рассмотрены основные аспекты применения комплексных титансодержащихреагентов в процессах очистки сточных вод сложного состава (нефтехимическая, пищевая и др. направления промышленности). Приведены основные достоинства и недостатки титансодержащих реагентов в сравнении с традиционными алюминий или железосодержащими коагулянтами. Проведена эколого-экономическая оценка процесса очистки воды при использовании новых и традиционных реагентов. Ключевые слова: комплексные титансодержащиереагенты, очистка воды, коагуляция
ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC ASPECTS OF THE USE OF COMPLEX TITANIUM-CONTAINING COAGULANTS Kuzin E. N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses the main aspects of the use of complex titanium-containing reagents in the treatment of wastewater of complex composition (petrochemistry, food and other industries). The main advantages and disadvantages of titanium-containing reagents are given in comparison with traditional aluminum or iron-containing coagulants. An economic assessment of the cost of the water purification process using new and traditional reagents was carried out. Keywords: complex titanium-containing reagents, water treatment, coagulation
Введение
Вопросам повышения эффективности процесса очистки сточных вод сложного состава уделяется все больше внимания. Традиционные коагулянты на основе солей алюминия или железа морально устарели и уже не способны выполнять поставленные перед ними задачи и обеспечивать заданный нормативной документацией уровень очистки. Кроме того, несмотря на относительно высокую эффективность, данные реагенты имеют существенные недостатки. Так, соли алюминия не эффективны в холодной воде или в кислой/щелочной среде, а применение коагулянтов на основе солей железа приводит к образованию значительных объемов трудно утилизируемого, высокоабразивного и коррозионоактивного осадка [1-2].
Наиболее сложным сточными водами, направляемыми на стадию физико-химической очистки с использованием процессов коагуляции, являются стоки:
• Нефтедобывающей и нефтехимической промышленности;
• Пищевой промышленности (молочная, кондитерская, спиртовая, масложировая и пр.);
• Сточные воды цветной металлургии (электрохимические и гальванические процессы).
В качестве наиболее эффективной замены традиционным реагентам могут выступать бинарные алюможелезные реагенты [1-2], алюмокремниевые коагулянт [3] или соли титана [4-5]. Указанные реагенты лишены большинства недостатков индивидуальных алюминий или железосодержащих коагулянтов, однако отсутствие промышленных
технологий их производства или крайне высокая стоимость (в частности, для солей титана) существенно ограничивают сферы применения данных реагентов. Наиболее перспективным вариантом в настоящее время являются комплексные титансодержащие реагенты, полученные
модификацией традиционных алюминий или железосодержащих коагулянтов добавкой солей соединений титана. С учетом того факта, что массовая доля добавки соединений титана не превышает 10 % масс. от массы основы (соли алюминия/железа) увеличение стоимости комплексных реагентов будет минимально, при это эффективность комплексных коагулянтов будет значительно выше эффективности коагулянта-основы [6-7].
Результаты и их обсуждение
Выходом из сложившейся ситуации может стать разработка технологии получения комплексных титансодержащих реагентов на базе крупнотоннажных титансодержащих «отходов» процессов добычи и обогащения полезных ископаемых (кварц-лейкоксен, сфен,
некондиционный ильменит). Получаемые в процессе выщелачивания соединений титана и нейтрализации свободной кислоты оксидами/гидроксидами алюминия или железа коагулянты могут быть использованы как в форме растворов (для Бе-содержащих реагентов), так и в форме порошкообразных продуктов (для А1-содержащих реагентов).
Получаемые реагенты менее чувствительные к низкой температуре воды, гидролизуются в широком диапазоне рН, а образуемые в процессе очистки коагуляционные шламы имеют более рыхлую и
объемную структуру, а значить быстрей оседают и легче фильтруются. К существенным недостаткам стоит отнести относительно многостадийную схему производства (выщелачивание-нейтрализация-
дегидратация), а также серьезные логистические затраты на доставку титансодержащего сырья до места переработки.
Данные по эффективности комплексных титансодержащих реагентов в сравнении с коагулянтом-основой в процессах очистки сточных вод сложного состава представлены на диаграмме рис. 1.
Из данных диаграммы рис. 1 видно, что для всех образцов исследуемой воды эффективность комплексных титансодержащих реагентов была в среднем на 8 - 15 % выше.
Сводные данные по сравнению различных образцов коагулянтов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительные характеристики различных реагентов.
Сульфат алюминия Оксихлорид алюминия Хлорид железа Комплексный коагулянт
Расчётная стоимость, руб/кг 17 25 14 16-19
Эффективность при низкой температуре Низкая Средняя Высокая Высокая
Диапазон рН 7,0 - 8,5 6,0-8,5 4,0- 6,0 9,0-12,0 2,5 - 12,0
Дозировка (средняя), мг/л 60 50 100 40 - 45
Интенсификация процессов осаждения Флокулянт Флокулянт Флокулянт Не требуется
100
* 80
60
40
Ï 20 ■а
m
0
II
1
5
2Коагулян?основа 4
Рис. 1. Сравнение эффективности очистки сточных вод различными коагулянтами 1 - пластовая вода; 2 - сточная вода процесса переработки молока; 3 -сточная вода спиртовой промышленности; 4 - сточная вода производства строительных смесей; 5 -сточная вода процесса нанесения гальванических покрытий.
Из данных таблицы 1 видно, что комплексный титансодержащий коагулянт по всем параметрам сравнения значительно превосходит традиционные алюминий/железосодержащие коагулянты.
Необходимо отметить, что с учетом минимального количества Тьсодержащей модифицирующей добавки (до 10 % масс.), а также возможностью извлечения соединений титана из различных отходов стоимость комплексных реагентов незначительно (10 - 15 %) выше стоимости базового реагента, а достигаемая эффективность очистки (диаграмма рис. 1.) была существенно выше.
Заключение
Из представленных в рамка работы данных хорошо видно, что комплексные титансодержащие реагенты обладают высоким потенциалом и позволяют существенно повысить эффективность очистки сточных вод сложного состава. Комплексные реагенты могут быть получены как простым смешением двух солей (более дорогой вариант), так и переработкой крупнотоннажных минеральных Ть содержащих отходов.
Список используемой литературы
1. Гетманцев С. В., Нечаев И. А., Гандурина Л. В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М.: «АСВ», 2008. 271 с.
2. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод.. вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с.
3. Гордиенко М. Г., Кручинина Н. Е., Кузин Е. Н., Войновский А. А. Оптимизация процесса получения отвержденных форм алюмокремниевого флокулянта-коагулянта для применения в очистке сточных вод //Безопасность в техносфере. 2012. № 4. С. 21 -25
4. Gan, Y., Li, J., Zhang, L., Wu, B., Huang, W., Li, H., Zhang, S. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives // Chemical Engineering Journal, 2021. No 126837.
5. Maciej Thomas, Joanna B^k, Jadwiga Krolikowska Efficiency of titanium salts as alternative coagulants in water and wastewater treatment: Short review // Desalination and Water Treatment 2020. Vol. 208. P. 261-272.
6. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Громовых П. С., Тяглова Я. В. Комплексные коагулянты в процессах очистки сточных вод молочной промышленности // Химия в интересах устойчивого развития 2020 В. 28 № 4. С. 401-406
7. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Получение комплексных коагулянтов на основе минеральных концентратов и их использование в процессах очистки воды // Обогащение руд. 2019 .N 3. С. 43-48.
