CC BY
33
УДК 504.064.47
ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФОСФОГИПСА В ПРОЦЕССАХ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ОРГАНО-СОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
© 2008 e. ffl. E. floMaweHKO, O. A. CypwKO
In this paper the authors have carried out ecologo-technological foundation of phosphogypsum use in the process of fractioning organic sewage of waters with a high content of organic particles. The rise of effectiveness of phosphogypsum in noticed while adding ortophosphoric acid at the same time simultaneously.
Негативное влияние фосфогипса при его хранении на отвалах сказывается на окружающей среде, в частности, в загрязнении атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почвен-но-растительного покрова. Экотоксикологическая оценка определения класса опасности данного вида отходов показали принадлежность их ко II классу опасности. Авторами предлагается использовать фосфогипс в реагентной подготовке высококонцентрированных органо-содержащих сточных вод (ВОСВ), что снижает степень его токсичности до V класса опасности [1, 2].
Целью работы является эколого-технологи-ческое обоснование применения фосфогипса в процессе фракционирования высококонцентрированных органо-содержащих сточных вод, предварительно обработанных кальцийсодержащим коагулянтом до рН 10,5—11,5.
В исследуемом авторами способе обработки органо-содержащих сточных вод для разрушения коллоидной системы используется кальцийсодер-жащий отход производства ацетилена— шлам карбида кальция или известковое молоко, с помощью которых рН доводят до 10,5—11,5, а для нейтрализации полученной смеси предлагается использовать отход производства фосфорной кислоты — фосфогипса (дигидрат сульфата кальция).
Фосфогипс — полидисперсный материал серо-белого цвета, представленный агрегатами частиц, комками с межагрегатными пустотами. В зависимости от минералогического состава исходные фосфаты обладают большей или меньшей скоростью разложения в условиях получения экстракционной фосфорной кислоты. Этот показатель определяет содержание водорастворимой формы Р205 в фосфогипсе [2].
Растворимость фосфогипса в воде при 25 °С составляет 0,20—0,22%. Для повышения растворимости предлагается нагревать суспензию фосфо-гипса (дигидрата сульфата кальция). По графику растворимости различных модификаций фосфо-гипса установлено, что дигидратная форма сульфата кальция наиболее полно растворяется в пресной воде при температуре, равной 30—50 °С [2].
На первом этапе исследований смесь ВОСВ и кальцийсодержащего коагулянта нейтрализовыва-ли суспензией фосфогипса с температурой 18 °С.
Результаты исследований изменения рН от дозы фосфогипса при различном содержании сухого вещества в ВОСВ приведены на рис. 1.
Доза фосфогипса, г/дм3
Рис. 1. Экспериментальные зависимости рН от дозы суспензии фосфогипса (дигидрата сульфата
кальция) при содержании сухого вещества: 1 — 6,0 %; 2 — 9,8%
Анализ приведенных зависимостей показывает, что для достижения нормируемых значений рН 6,5—8,5 необходимы следующие дозы фосфо-гипса (по оксиду фосфора) в зависимости от начального содержания сухого вещества в ВОСВ, г/дм3: для рН 6,5—17,5 и 27; для рН 8,5—30,5 и 36,5. Полученные результаты не являются технически и экономически привлекательными для внедрения в производство.
Поэтому на втором этапе исследований суспензию фосфогипса нагревали до температур 30, 40, 50 °С, с целью снижения доз подкисляющего реагента. Эксперимент проводился в зимний период года, температура воздуха в помещении составляла 18 °С. Смесь ВОСВ до обработки суспензией фосфогипса имела температуру 15 °С. При внесении суспензии фосфогипса, нагретого до 30, 40, 50 °С, температура смеси ВОСВ достигла значений 22, 23, 25 °С. Результаты исследований приведены на рис. 2.
pH 10 9
W
ч 1
\
3 N S.N ►
0 10 20 30
Доза фосфогипса, г/дм3 а)
Рис. 2. Экспериментальные зависимости изменения рН от дозы фосфогипса, имеющего температуру: 1 — 30 °С; 2 — 40 °С; 3 — 50 °С, при содержании сухого вещества 6,0 % (а) и 9,8 % (б)
Анализ полученных зависимостей показывает, что в диапазоне от 30 до 50 °С, наибольшее снижение доз фосфогипса отмечалось при 50 °С в независимости от начального содержания сухого вещества 9,8% и 6,0% потребовалось, г/дм3: 21 и 26,5. При снижении температуры до 40 и 30 °С, наблюдали увеличение дозы фосфогипса до 26—30 г/дм3 и, соответственно, 31—35,5 г/дм3. Однако величины снижения доз подкисляющего реагента при 30, 40 и 50 °С отличались незначительно и, как в первом опыте, для нейтрализации органо-содержащих сточных вод требовались большие дозы фосфогипса.
Для снижения доз подкисляющего реагента в суспензию фосфогипса предлагается вводить концентрированную (85%) ортофосфорную кислоту в соотношение по объему 500: 1. Результаты исследований влияния дозы смеси суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты на изменение рН ВОСВ приведены на рис. 3.
0 123456789 10 1112 Доза смеси суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты, г/дм3
Рис. 3. Зависимость рН от дозы смеси суспензии
фосфогипса и ортофосфорной кислоты при содержании сухого вещества в сточной воде, %: 1 — 6,0; 2 — 8,5; 3 — 9,8
Анализ полученных зависимостей показывает, что для снижения рН до 7,5 сточной воды с содержанием сухого вещества (%): 6,0, 8,5 и 9,8% требовались следующие дозы реагента, г/дм3: 5; 6,3; 7,5. Полученные зависимости показывают, что при введении в фосфогипс (85%)ортофосфорной кислоты доза подкисляющего реагента для нейтрализации ВОСВ снижается в среднем на 60% по сравнению с опытными данными вышеописанных экспериментов. Введение в суспензию фосфогипса концентрированной ортофосфорной улучшило качество подкисляющего реагента, что позволило применить его в процессе реагентной обработки ВОСВ.
Применение фосфогипса, относящегося ко II классу опасности, в качестве подкисляющего реагента в процессе фракционирования ВОСВ потребовало оценить степень токсичности получаемых продуктов на живые экосистемы. Так как описанный способ обработки высококонцентрированных сточных вод не применялся для подготовки их к сельскохозяйственному использованию, нами в соответствии рекомендациями СанПиН 2.1.7.573—96 проведено биотестирование по проращиванию семян редиса сорта «Розово-красный круглый с белым кончиком» [3].
В простерилизованные чашки Петри помещали бумажный фильтр, по площади которого равномерно размещали 30 семян редиса красного круглого с белым кончиком. Испытания проводили в четырех повторениях, из которых находили среднее значения. В каждую чашку наливали чистую и исследуемую жидкость так, чтобы суммарный объем не превышал 5 см3. Чашки выдерживали в термостате при 20 °С в течении 72 часов. Результаты исследований представлены таблице.
Анализируя полученные результаты, представленные в таблице, можно сделать вывод, что получаемая жидкая и твердая фракция в результате разделения сточных вод с использованием фосфогипса не будет оказывать ингибирующе-го действия на рост и развитие сельскохозяйственных культур.
Результаты проведения биотестирования органо-содержащих сточных вод, подготовленных для сельскохозяйственного использования
№ опыта Объем исследуемой жидкости, см3 Объем чистой воды, см3 Количество проросших Средняя длина Сравнение с контрольным
семян, шт корней, мм испытанием, %
1. Контрольное испытание
1 - 5 27 67 -
2.Жидкая фаза после об работки
2 1 4 27 70 100/104,4*
3 2 3 26 65 96,2/97
4 3 2 28 75 103,7/111,9
5 4 1 29 71 107,4/105,9
6 5 - 24 78 85,7/116,4
З.Твердая фаза после обработки
7 1 4 26 58 96,2/86,6
8 2 3 25 59 89,2/88
9 3 2 26 67 96,2/100
10 4 1 27 71 100/105,9
11 5 - 29 70 107,4/100
Примечание. * В числителе даны результаты по количеству проросших семян, а в знаменателе — по длине. Критерием пригодности воды для орошения является количество и число проросших семян, которое должно составлять более 70% от контрольного.
Наиболее благотворное влияние на рост и развитие растений будет оказывать смесь жидкой фракции ВОСВ и чистой воды в соотношении 3:2 (опыт 4). В этих условиях наблюдалось полное прорастание семян, причем среднее значение длины их корней составило на 8% больше, чем в контрольном опыте. Кроме того, для орошения может быть использована природная вода с добавлением твердой фракции обработанных сточных вод в соотношении 4:1 (опыт 10) или твердая фракция без разбавления чистой водой (опыт 11). Сравнив результаты, полученные при исследованиях поведения семян редиса в данных условиях с контрольной пробой, получили прорастание семян в 100 и 107,4 % случаев, а отношение длин корней — 105,9 и 100 %. Жидкая, как и твердая фракции, пригодны для орошения также и при других соотношения с чистой водой (опыт 1; 2; 3; 5; 6; 7; 8; 9), так как процентные отношения проросших семян, а также длин их корней, при биотестировании имеют значения больше нормируемых 70 %[3].
Выводы
1. Тепловая обработка фосфогипса позволила снизить дозы, необходимые для нейтрализации смеси ВОСВ и кальцийсодержащего коагулянта с 30 до 21 г/дм3.
2. Сочетание фосфогипса и ортофосфорной кислоты для снижения рН смеси ВОСВ позволи-
ли уменьшить дозы подкисляющего реагента с 30 до 5 г/дм3.
3. Биотестированием установлено отсутствие токсического воздействия продуктов фракционирования ВОСВ на растения и на основании этого предложены к использованию: жидкая фракция— для орошения сельскохозяйственных угодий и твердая— для удобрения при необходимом разбавлении по азоту.
Таким образом, на основание эколого-техно-логического обоснования можно сделать вывод о целесообразности применения фосфогипса с добавление концентрированной ортофосфорной кислоты в соотношении 500: 1 при фракционировании высококонцентрированных органо-со-держащих сточных вод в качестве подкисляющего реагента.
Литература
1. Терехова В. А. , Горленко А. С. , Долбнёва Е. А. Динамика некоторых биотических показателей в почвах, формирующихся на отвалах фосфогип-са // Роль почвы в биосфере. Биоразнообразие и почвы: тр. Института почвоведения МГУ-РАН.-М., 2004.- Вып. 4.- С. 228.
2. Иваницкий В. В. , Классен П. В. , Новиков А. А. Фосфогипс и его использование.- М. , 1990.
3. СанПиН 2.1.7.573-96. Санитарные нормы и правила. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для удобрений и орошения.— М.: Госкомэпидемнадзор Россия, 1996.
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
5 июня 2008 г.
