CC BY
17ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 504.054:622.276
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, ОБРАЗУЮЩИХСЯ НА ОБЪЕКТАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, С ПОМОЩЬЮ РЕАГЕНТОВ.
ДЖАВАДОВА ХАДИДЖА АДИЛЬ КЫЗЫ
Доцент кафедры "Нефтехимическая технология и промышленная экология", Азербайджанского Государственного Университета, Баку, Азербайджан
САМЕДОВА ЗОХРА МАДАД КЫЗЫ
Магистрант химико-технологического факультета Азербайджанского Государственного Университета Нефти и Промышленности, Баку, Азербайджан
Аннотация: Статья посвящена исследованию процесса очистки сточных вод, образующихся на объектах водоснабжения, с использованием реагентов. В технологии водообработки традиционно широко применяемые реагентные или ионообменные методы применяются и в обратноосмотических установках. Одним из часто используемых методов обработки воды для ее очистки применяют способ известкования. Применение известковой обработки воды реагентными методами позволяет предотвратить осаждение СаСОз. При добавлении которого в воду повышается концентрация ионов кальция и ОН. В результате которого образуется ионы СОз в виде осадка. Метод известкования в основном проводят в двух различных режимах. Первый режим - бикарбонатный, второй - гидратный режим. Наиболее часто используемым является гидратный режим, так как он считается наиболее простым по сравнению с бикарбонатным.
Ключевые слова: очистка сточных вод, водоснабжение, реагентный метод, образование осадка, метод известкование, гидроксид натрия, коагуляция, полиакриламид (ПАА).
В зависимости от происхождения сточные воды, могут содержать токсичные вещества или реагенты, которые приводят к образованию различных заболеваний. Следовательно важно, чтобы концепции водоснабжений населенных пунктов и промышленных предприятий были оборудованы средствами для устранения, очищения, обеззараживания и применения воды и образующихся при этом внешних отложений, в ином случае возможны катастрофические результаты [1].
Сущность реагентного метода заключает в себе перенос растворимых веществ в нерастворимые в следствии ввода различных реагентов, которые приводят к отделению их в виде осадка. В большинстве случаев реагентная обработка используется как предварительная очистка до последующей очисткой загрязненных сточных вод.
Обработка воды реагентом, ионообменным методом считается эффективной при большом количестве ионов кальция и сульфат-ионов в ее содержании. Предварительное умягчение также экономически целесообразно в ряде случаев для предварительной подготовки слабоминерализованных вод. В технологии водообработки традиционно широко применяемые реагентные или ионообменные методы применяются и в обратноосмотических установках.
Применение известковой обработки воды реагентными методами позволяет предотвратить осаждение СаСОз. После кальцификации СаСОз осаждается, а вода слегка подкисляется и подается на установку обратного осмоса. Этот метод эффективен, если исходная вода содержит больше ионов Са, чем ионов НСОз.
Статья посвящена исследованию процесса очистки сточных вод, образующихся на объектах водоснабжения, с использованием реагентов.
В процессе умягчения сточных вод, распределяющихся в водопроводные строения, реагентным методом, осаждение шлак образователей реагентами включает осаждение исходной воды известью, едким натром, карбонатом натрия и другими реагентами. Анионы этих реагентов образуют труднорастворимые соединения с катионами кальция и магния умягченной воды. Образовавшиеся соединения отделяются от обрабатываемой воды в виде осадка в осветлителях.
Одним из наиболее распространенных методов водообработки является известкование. При добавлении извести в воду повышается концентрация ионов кальция и ОН. Ионы ОН реагируют с ионами HCOз с образованием ионов COз. Поскольку произведение растворимости ионных концентраций частиц Са и СО3 превышает произведение растворимости СаСО3, последний выпадает в осадок. При увеличении дозировки извести увеличивается концентрация ионов ОН-, поэтому они оседают в Mg(OH)2 и, как следствие, содержание магния в воде уменьшается.
Процесс известкования может осуществляться в бикарбонатном и гидратном режимах. В первом моменте остаточная гидрокарбонатная щелочность составляет 0,05-0,2 мг-экв/л, а во втором моменте гидратная щелочность 0,05-0,2 мг-экв/л. В основном осаждается СаС03 в бикарбонатном режиме, а Mg(OH)2 в гидратном. Следует также пометить, что дозирование извести в промышленных масштабах является сложной задачей. Из-за этого процесс известкования как правило проводят в гидратном режиме при значении гидратной щелочности 0,05-0,2 мг-экв/л. Дозу извести можно найти по следующей формуле:
Dи = РТО3] перв. + перв. + [Ш2]перв. + Dk + Ци (1)
Здесь [НСО3] перв. - бикарбонатная щелочность начальной воды; [Mg] перв. -содержание магния в начальной воде; [СО2] перв. - количество СО2 в начальной воде; Dk - доза коагулянта (0,25^0,5 мг-экв/л); ии - избыточное количество извести (00,05-0,2 мг-экв/л).
Гидроксильные ионы можно подавать в очищаемую воду не только с известью и едким натром, но и с едким магнезитом (MgO) или доломитом (СаС03 • MgO). Молекулы Mg(OH)2 отчасти диссоциируют и часть ионов ОН- переходит в раствор. Интенсивность процесса зависит от качества и температуры воды, размера частиц и их активности.
При выполнении условия [Са] перв. = [CO2] перв. + 2[HCOз] перв. воду обрабатывают только гидроксидом магния. Тогда дозу магниевого реагента находят по следующей формуле:
Dм = [ИШ3] перв. + [Ш2] перв. (2)
Основным недостатком умягчения воды реагентным осаждением является высокая стоимость остаточной трески в умягченной воде. В это время невозможно обеспечить бесперебойную работу теплообменных устройств. Поэтому требуется более глубокая обработка воды. Для этого наряду с реагентным осаждением следует применять ионообменное умягчение.
Процесс отстаивания суспензии гидроксида магния, созданной по технологическим схемам очистки сточных вод, происходит в отстойниках под действием силы тяжести. Поэтому необходимо изучение кинетики уплотнения и седиментационных свойств гидроксида магния с целью получения предварительных данных для расчета и проектирования устройств. К ним относятся скорость осаждения осадка и время пребывания воды в осадителе.
Исследования проводились по следующей методике. После засыпки в раствор реагентов (флокулянт Са(ОН)2 или №ОН) его перемешивали в специальном смесителе в течение 15 минут (этот срок был принят исходя из предыдущих исследований), заливали в литровый цилиндр со шкалой высоты на нем, а затем измеряли кинетику уплотнения осадка.
По этой причине через определенный интервал времени бралась высота шлама. В качестве реагентов для осаждения гидроксида магния использовали растворы оксида кальция и №ОН, закаленные раствором хлорида натрия [2,3].
В ходе исследований изучалось влияние концентрации №С1, дозировки и концентрации флокулянта (ПАА - полиакриламид), рециркуляции осадка, типа реагента и температуры на эффект выщелачивания гидроксидом магния солевых растворов. С учетом показателей, приведенных в [4], концентрацию ПАА изменяли на 0,1^0,5%, а дозу изменяли в интервалах 3 10-3^1010-3 мг/мг. Содержание ионов на первом этапе опытов [Са42+] = 1700 мг-экв/л; ^2+] = 345 мг-экв/л; [Ш2+] = 830;
Его проводили на растворах с [С1-]=2900 мг-экв/л и ^О]=4. Такая модель решения характерна для минеральных вод, обессеренных в кристаллизаторе. Удельный объем кальцийсодержащего раствора, подаваемого в кристаллизатор, составлял 0,4 м3/м3. Расчетная плотность образующегося в таком растворе Mg(OH)2 составляет 11 г/л.
В проведенных экспериментах концентрация гидроксида магния составляла 11 г/л. Для осаждения Mg(OH)2 из минеральной воды использовали гидроксид натрия и суспензию извести. В таблице 1 представлены результаты экспериментов, проведенных в этом направлении.
Как видно из табл. 1, процесс осаждения известковым молоком идет в 3-3,5 раза быстрее, чем едким натром.
Были проведены исследования по изучению влияния концентрации №С1 в растворе на эффект осаждения гидроксида магния.
Таблица 1.
Результаты экспериментов по подбору реагентов.
Время осаждения т, мин Осаждение Mg(OH)2 при помощи №ОН Осаждение Mg(OH)2 при помощи извести
P, % и, см/мин P, % и, см/мин
15 2,7 0,03 13 0,13
30 4,0 0,025 23 0,15
45 5,0 0,023 30 0,11
60 6,6 0,024 34 0,095
75 12,5 0,026 39 0,09
90 13,5 0,025 43 0,082
105 14,5 0,024 46 0,075
120 14,8 0,022 48 0,07
Исследованы два способа интенсификации процесса отстаивания суспензии гидроксида магния: первый - рециркуляция до 25-75% от количества отстаиваемого шлама и второй - добавление ПАА.
В первом случае существенно увеличить скорость осаждения шлама не удалось. Потому что в это время осветлилось только 20-30% раствора. Тем не менее, некоторые положительные результаты были достигнуты с использованием ПАА. Изучение влияния дозировки и концентрации ПАА на скорость осаждения образующегося осадка имеет большое значение при исследованиях по применению флокулянта с целью получения более плотного осадка и улучшения условий осаждения. В этих экспериментах ПАК добавляли после известкования.
Концентрацию ПАА принимали равной 0,1%, а дозу изменяли в пределах (2^10) 103 мг/мг. Было изучено влияние ПАА при четырех различных часах отстаивания. По-видимому, оптимальная концентрация ПАА должна быть 0,1%, а доза 8,6 103 мг/мг. При этом в течение 2-2,5 часов раствор становится прозрачным до 2/3 от общей высоты.
Нагревание раствора при оптимальных дозах и концентрациях ПАА позволяет увеличить скорость осаждения. В это время эффект осаждения 65-75% достигается за 1,5-1,8 часа.
По результатам опытов установлено, что плотность осадка снижается по мере увеличения плотности гидроксида магния. Также следует отметить, что каждой концентрации соответствует определенная оптимальная доза ПАА. Такой характер эффекта можно объяснить тем, что функциональные группы в молекулах ПАА заряжены отрицательно в щелочной среде и становятся противоионами по отношению к положительно заряженным частицам гидроксида магния [5]. Вывод
В результате создаются положительные условия для сближения и коагуляции взвешенных частиц, о чем свидетельствует увеличение скорости седиментации. Увеличение дозы ПАА приводит к избыточному количеству противоионов, которые в данном случае выполняют роль стабилизирующего электролита и повышают агрегативную устойчивость суспензии, что приводит к снижению скорости осаждения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сточные и сточные воды: Учебник для вузов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, В.И. Калицун. - Москва: Стройиздат, 1997. - С. 5.
2. Забарило А.Б., Шабловская Г.К., Алексеенко В.А., Гороновский И.Т. / Умягчение регенерационных ресурсов № - катионитных фильтров едким натром // Химия и технология воды, 1985, Т .7, № 1 - С. 12-16.
3. Вейцер Ю.Н., Минц Д.М. / Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. 1984 - С. 200.
4. Абдуллаев К.М. и др. тезис докладов Закавказский НТК - Батуми, / Разработка малоотходных технологий переработки высокоминерализованных вод. 1986 - С. 4.
5. Агамалиев М.М. и др. / Седиментационные свойства гидроксида магния и гипсомагзиальной смеси в схемах безотходного опреснения морских вод. Учение записки №3, Баку, 1992 - С. 15 - 18.
