ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ОТДЕЛЕНИЯ ФТОРОСАЖДЕНИЯ ЦЕХОВ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Х

И

М

И

Ч

Е

С

К

И

Е

НАУКИ

УДК 546.05

Н.Ф. Тарчигина, А.А. Шрамченко

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ОТДЕЛЕНИЯ ФТОРОСАЖДЕНИЯ ЦЕХОВ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Очистка сточных вод является актуальной проблемой современности. Несмотря на большое число разработок, проблему очистки природных и сточных вод нельзя считать решенной. Это вызывает необходимость совершенствования технологии очистки воды, которая существенно зависит от интенсификации реагентной и фло-куляционной её обработки.

Ключевые слова: сточные воды, минеральные удобрения, фториды, фосфаты, сульфаты, отделение фторосаждения, «карбидная» известь, комовая известь, известняковая мука.

Одним из важнейших вопросов защиты окружающей среды является охрана водного бассейна от загрязнения. Работа промышленных предприятий связана с потреблением воды. Вода используется в технических и вспомогательных процессах или входит в состав основной частью выпускаемой продукции. При этом образуются сточные воды, которые подлежат сбросу в близлежащие водные объекты.

В последние десятилетия отмечено значительное повышение в водах открытых водоёмов содержания тяжёлых металлов, нефтепродуктов, трудно окисляемых органических соединений, синтетических поверхности активных веществ, пестицидов и других загрязнений вследствие сброса промышленными и коммунальными предприятиями недостаточно очищенных сточных вод. Усугубляющаяся экологическая ситуация и как следствие - возрастающие требования к качеству очищаемых сточных вод диктуют необходимость интенсификации работы в этом направлении.

На очистку сточных вод и обезвоживание осадков существенное влияние оказывает природа и концентрация загрязнений. Одним из направлений химической отрасли является производство минеральных удобрений, которое сопровождается сбросом сточных вод.

Рост объемов производства минеральных удобрений влечет за собой, в силу ряда причин и увеличение промышленных сбросов, которые весьма негативно воздействуют на окружающую природную среду и в целом ухудшают экологическую обстановку. Проблема очистки промышленных вод в настоящее время является актуальной.

© Тарчигина Н.Ф., Шрамченко А.А., 2015.

Технологические схемы очистки стоков зависят от многих факторов: типа производства, исходного сырья, требований к качеству и объемов очищаемых сточных вод. Выбор очистных сооружений предусматривает комплексную оценку производственных условий: наличие имеющегося очистного оборудования, производственных площадей для модернизации имеющегося и размещения нового оборудования.

Сложность и неоднозначность данной проблемы обусловлена большим разнообразием промышленных технологий. Несмотря на большое число разработок, проблему очистки природных и сточных вод нельзя считать решенной. Это вызывает необходимость совершенствования технологии очистки воды, которая существенно зависит от интенсификации реагентной и флокуляционной её обработки.

В состав предприятия, производящего минеральные удобрения входят следующие цеха: экстракционной фосфорной кислоты; аммофоса; цех по производству серной кислоты (СКЦ); фтористых солей; обслуживающие и вспомогательные цеха.

Отделение фторосаждения цехов входит в состав производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) и предназначено для переработки дебалансовых растворов кремнефтористоводородной кислоты (загрязнённых растворами фосфорной кислоты), образующихся в процессе абсорбции фторсодержа-щих газов от экстрактора и другого оборудования в цехах ЭФК, а также растворов серной кислоты от СКЦ (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная блок-схема отделения фторосаждения цехов ЭФК

Метод производства заключается в осаждении фторидов, фосфатов и сульфатов известковым молоком, получаемым гашением комовой извести водой, отделении при отстаивании сгущённых нерастворимых солей кальция методом фильтрации. В процессе фильтрации образуется осадок (шлам).

Очистка сточных вод в отделении фторосаждения представляет собой важнейшую государственную проблему с точки зрения экологии и защиты водного бассейна

Для нейтрализации сточных вод ЭФК и СКЦ в настоящее время используется известковое молоко, производимое из комовой извести. Процесс нейтрализации растворов кислот известковым молоком протекает по реакции:

H2SiF6 + 3Ca (OH) 2 = 3CaF2|+SiO2| + 4H2O; 2H3PO4 + 3Ca (OH) 2 = Cas (PO4) 2! + 6 H2O; H2SO4 + Ca (OH) 2= CaSO4| + 2 H2O

В результате нейтрализации образуется осадок (шлам), состоящий из нерастворимых солей - СаР2 (фторид кальция), SiO2 (двуокись кремния), Ca3 (PO4) 2 (фосфат кальция), CaSO4 (сульфат кальция), который находится во взвешенном состоянии в нейтральной воде и представляет собой суспензию серого или серо-белого цвета.

Целью представленной работы явилось выполнение исследований по нейтрализации фторсодер-жащих сточных вод альтернативными кальцийсодержащими реагентами: «карбидной» известью, комовой известью, известняковой мукой.

В результате исследований определялись: оптимальная доза нейтрализующего реагента; оптимальные показатели нейтрализации (рН, время); минимальное остаточное содержание в осветленной воде взвешенных веществ, фторидов, фосфатов; максимальные скорости осветления нейтрализованной суспензии; наиболее эффективные флокулянты. Исследование нейтрализации кальцийсодержащих реагентов проводили на лабораторной установке (рис. 2).

Рис. 2. Лабораторная установка по нейтрализации сточных вод

В реактор объемом 1,5 л наливали раствор установленного состава сточных вод в объеме 1 л и засыпали расчетное количество сухого нейтрализующего реагента. Включали мешалку до начала ввода реагента, чтобы раствор и реагент постепенно перемешивались. Реакцию нейтрализации проводили до постепенного повышения рН в диапазоне 6,5-9,5 ед., замеряя его значения каждые 5-10 мин. Перемешивание прекращали при разнице двух последних значений не более 0,3 -0,4 ед. рН.

Нейтрализованную суспензию разливали в цилиндр объемом 0,5 л., вводили раствор полиакрилами-да (П А А - 631) в количестве 0,5 мл и 0,05% раствора флокулянта и медленно перемешивали, после чего замеряли передвижение границы раздела твердой и жидкой фазы во времени.

Нейтрализацию сточных вод проводили известковым молоком концентрацией 10-12%. С увеличением рН концентрация F (фтора) в осветленной воде увеличивалась с 17 до 27мг/л, что связано с вытеснением F из фторапатита, образовавшегося при рН 8-9. Концентрация Р2О5 (оксида фосфора) снизилась с 560 до 1мг/л., это обусловлено образованием при рН>10 нерастворимого гидроксилапатита, при остаточном содержании взвесей 60-40мг/л (рис. 3).

При нейтрализации стоков «карбидной» известью содержание F в осветленной воде при увеличении рН поддерживается на высоком уровне (около 100 мг/л) из-за наличия в извести аммиака (^№И3), связывающего F в растворимое соединение. Остаточное содержание Р2О5 в осветленной воде при этом, также как и при использовании комовой извести, снижается с увеличением рН. Обнаружено, что при использовании «карбидной» извести эффективные значения рН нейтрализации сдвигаются в диапазон рН > 9.0, но при этом остаточное содержание F в осветленной воде не ниже 65мг/л при низком содержании Р2О5 и высоком содержании взвешенных не менее 88мг/л (рис. 4).

Рис. 3. Изменение концентрации Б, Р2О5 в осветленной воде от рН и дозы комовой извести

Рис. 4. Изменение концентрации Б, Р2О5 в осветленной воде от рН и дозы "карбидной" извести

При внесении в воду 100% от стехиометрии известняковой муки величина рН нейтрализованной суспензии - 3,96, остаточное содержание фтора в осветленной воде - 104,7 мг/л, фосфатов 250 мг/л. При внесении в воду 134% от стехиометрии известняковой муки величина рН нейтрализованной суспензии -4,47. Остаточное содержание фтора в осветленной воде - 62,7 мг/л, фосфатов 106,8мг/л.

Рис. 5. Изменение концентрации Б, Р2О5 в осветленной воде от рН и дозы известняковой муки

С увеличением дозы муки до 270% концентрация фтора снижается до 37,3 мг/л, а P2O5 до 47,2 мг/л, значение pH воды при этом равно 6,15. Дальнейшее увеличение дозы муки до 400% не приводит к заметному снижению вредных примесей и считается нецелесообразно работать с такими дозами, так как при 200% от стехиометрии известняковой муки происходит плохое осветление воды, а при 400% от стехиометрии известняковой муки очень сильно ухудшалось качество осветлений по взвешенным частицам (рис. 5). В связи с этим резко увеличивается количество твердой фазы, что приведет к возрастанию нагрузки на отстойники, вакуум-фильтры и увеличению расхода флокулянта ПАА.

Вывод: исследование по очистке сточных вод показало, что наиболее эффективным нейтрализующим регентом является комовая известь, в результате использования которой в широком диапазоне рН от 7 до 12, осветленная вода содержит F до 20мг/л, Р2О5 снижается до следов при остаточном содержании взвесей 60-40мг/л т.е. эти показания соответствуют тем нормам которые необходимы отделению.

Список литературы

1. Галыгин В.Г. Промышленная экология: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 432 с.

2. Гандурина Л.В. Очистка сточных вод с применением синтетических флокулянтов. - М.: «ДАР/ВОДГЕО», 2007. - 198 с.

3. Когановский А.М., Клименко Н.А., Левченко Т.М., Марутовский Р.М., Рода И.Г. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. - М.:Химия, 1983. - 288 с.

4. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология: Учебник для вузов. - М.:Дрофа, 2003. -

624 с.

ТАРЧИГИНА НАИЛЯ ФАХРЛИСЛАМОВНА - кандидат технических наук, профессор Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ).

ШРАМЧЕНКО АНАТОЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ - магистрант Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ).