CC BY
67
УДК 628.336
ОБРАБОТКА ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© Т.И. Халтурина1, А.Н. Уарова2, О.В. Чурбакова3
Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
Приведены данные эксперимента по промывке осадков сточных вод металлообрабатывающих предприятий для определения оптимальных режимов и изучения структуры, свойств и состава осадков для утилизации. Ил. 7 . Табл. 1 . Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: обработка; осадок; промывка; седиментация; термограмма; дифференциально -термический анализ; дифрактограмма; рентгено-фазовый анализ; утилизация.
SEWAGE SLUDGE TREATMENT OF THE METAL-WORKING FACTORY T.I. Khalturina, А.^ Uarova, O.V. Churbakova
Siberian Federal University,
79 Svobodny Ave., Krasnoyarsk, 660041, Russia.
Data are given an experiment by flushing sewage sludge of the metal-working factory to determine the form optimum conditions and study the structure, properties and composition of the sediment for utilization. Fig. 7.Tab. 1. Refs. refs. 5
Key words: treatment; sediment; flushing; sedimentation; thermogram; differential thermal analysis; diffraction; X-ray phase analysis; utilization.
Новый этап в развитии управления природопользованием предусматривает решение вопросов по предотвращению негативного воздействия на окружающую среду, основой которых является внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов. На металлообрабатывающих предприятиях при очистке сточных вод образуются большие объемы гидроокисных осадков, относящихся к труднофильтру-емым суспензиям, обработка которых является сложной проблемой [1, 2]. Все это обусловливает необходимость создания и реализации технологий обработки осадков, обеспечивающих высокую эффективность
процесса для последующей утилизации, этим и определяется актуальность данной работы.
Объектом исследований являлись натурные осадки, образующиеся при очистке маслоэмульсионных и нейтрализации кислотно-щелочных сточных вод ОАО «Красноярский металлургический завод».
В настоящей работе изучены свойства натурного совместного осадка, который был взят из шламонако-пителя после реагентной обработки маслоэмульсионных и нейтрализации кислотно-щелочных сточных вод завода ОАО «КраМЗ». Результаты исследований представлены в таблице.
Свойства исходного осадка
Вид осадка Плотность, г/см3 Влажность, % Сухой остаток после просушивания, г/дм3 Остаток после прокаливания, г/дм3 Потери при прокаливании, г/дм3 Зольность, % Замаслен-ность, % Удельное сопротивление фильтрации r-10"10, см/г
450°С 800°С 450°С 800°С 450°С 800°С
Натурный осадок СВ ОАО КраМЗ 0,98 92,51 74,90 29,57 22,60 45,33 52,30 39,48 30,17 60,53 111,80
1Халтурина Тамара Ивановна, кандидат химических наук, профессор кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89029615551, e-mail: THal1965@yandex.ru
Khalturina Tamara, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89029615551, e-mail: THal1965@yandex.ru
2Уарова Александра Николаевна, аспирант, тел.: 89831462104, e-mail: alex_yarova@mail.ru Uarova Alexandra, Postgraduate, tel.: 89831462104, e-mail: alex_yarova@mail.ru
3Чурбакова Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89029230157, e-mail: ochurbacova@mail.ru
Churbakova Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Ecology and Life Safety, tel.: 89029230157, e-mail: ochurbacova@mail.ru
Как видно из таблицы, осадок обладает высоким содержанием органических примесей и малой зольностью. На рис. 1 показана кинетика седиментации осадка, которая указывает на его низкую способность к уплотнению, так как частицы масел, окружая частицы осадка, ухудшают его водоотдачу.
Для улучшения уплотнения осадков известно применение промывки [3]. Нами проведены исследования по определению оптимальных режимов процесса промывки - расхода промывной воды. Смешение осадка с промывной водой осуществлялось в отдель-
ной емкости в течение 10 мин при встряхивании с помощью прибора «Clpan water bath shaker type 357» и одновременной продувке воздухом, затем осадок отстаивался в цилиндрах в течение суток, при этом снималась кинетика седиментации осадков при разном расходе промывной воды. Обработка результатов экспериментальных исследований проведена в табличном процессоре Ехсе1, получены уравнения аппроксимации. Данные эксперимента представлены на рис. 2.
so
OS
fO S£
el
го u
о
ш А ю О
100
99
98
97
96
y = -0Д R )628x + 98,] = 0,4753 L42
4
16
8 12 Время, ч
Рис. 1. Кинетика седиментации натурного осадка
20
24
га
¡с Ч га о о
2 О)
J
ю О
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Соотношение количества промывной жидкости и осадка
+ 101,5 R2 = 0,996
y = -3,929х + 92,12
+ 84,14 R2 = 0,732
1:2
1:3
1:4
1:5
12 16 Время, ч
20
24
Рис. 2. Кинетика седиментации осадков после процесса промывки
0
0
4
8
Из анализа результатов эксперимента следует, что продолжительность уплотнения осадков после промывки значительно уменьшается. При изучении процесса промывки осадков определилась концентрация нефтепродуктов в промывной и сливной воде по ИК-спектрофотометрической методике количественного химического анализа для определения массовой концентрации нефтепродуктов на концентратомере КН-2. Было установлено, что в сливной воде при однократной промывке увеличение концентрации нефтепродуктов незначительно, на 0,8-1 мг/дм3, следовательно, ее можно использовать повторно для промывки новых порций осадков. После удаления воды наблюдается, при последующем отстаивании осадка в течение 24 часов, отделение на поверхности осадка эмульгированных нефтепродуктов.
Данные по изменению свойств осадков - замас-ленности и зольности - при разном количестве промывной жидкости представлены на рис. 3.
Как видно, при увеличении количества промывной жидкости происходит уменьшение замасленности в 1,2-1,5 раза и повышение зольности в 1,2-1,5 раза. Существуют различные методы определения со-
става и структуры вещества, один из них - метод рентгенофазового анализа [4]. Как известно, атомы кристалла размещены в пространстве в определенном порядке, образуя так называемую решетку. Для определения кристаллической структуры вещества необходимо знать параметры элементарной ячейки структуры и координаты атомов, заполняющих элементарный параллелепипед, закон симметрии, которому подчиняется это расположение, и межплоскостные расстояния. Все эти сведения дает дифракционная картина - рентгенограмма вещества, которую можно получить, направив на исследуемый объект пучок рентгеновских лучей. Значение межплоскостных расстояний для каждого вещества строго индивидуально, поэтому рентгенограмма характеризует исследуемое вещество.
Для изучения состава и структуры осадков исходного и после промывки применялись рентгенофазовый и дифференциально-термический методы анализа.
Рентгенофазовый анализ осадков был проведен на дифрактометре D8-ADVANCE немецкой фирмы «BпJker-AXS». На рис. 4 показана дифрактограмма натурного осадка.
Рис. 3. Динамика изменения свойств осадков от количества промывной жидкости
20 30 40 50
Рис. 4. Дифрактограмма натурного осадка
Как следует из дифрактограммы, совместный осадок, полученный при реагентной обработке масло-эмульсионных сточных вод сульфатом алюминия и нейтрализации кислотно-щелочных стоков, представлен в основном полимерными модификациями оксида алюминия, то есть гиббситом, байеритом и бемитом, линии с с1=3,70; с1=3,46; с1=2,62; с1=2,40; с1=1,40, а также содержит соединения карбоната кальция СаС03, линии при с1=2,83; с1=1,98, так как после коагуляционной
обработки МЭС величина рН доводилась до значения 7,5 при добавлении суспензии известкового молока для последующего отделения осадка, а линии с с1=4,87; с1=1,98 соответствуют кварциту БЮ2. Из дифрактограммы (рис. 4) видно, что степень упорядоченности осадка низкая, осадок находится в основном в аморфном виде, что указывает на плохие его водо-отдающие свойства.
20 30 40 50
Рис. 5. Дифрактограмма осадка после промывки
На рис. 5 представлена дифрактограмма осадка после промывки, из которой видно изменение его структуры.
Дифференциально-термический анализ осадков был выполнен на приборе STA 449F1 немецкой фирмы NETZSCH в диапазоне 30/200 К/мин/1000, в режиме ДСК-ТГ, где ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия, ТГ- кривая изменения массы, %.
С помощью термогравиметрического метода (ТГ) измеряются изменения массы в зависимости от температуры или времени при определенных и контролируемых условиях. Наряду с дифференциальной сканирующей калориметрией (ДСК) термогравиметрия является признанным методом для анализа веществ. Термограммы осадков представлены на рис. 6, 7.
Рис. 6. Термограмма натурного осадка
На кривой ДСК (рис. 6) наблюдается 3 эндоэф-фекта, из них 2 эндоэффекта связаны с дегидратацией при 1=110,4 0С и 1=381,5 0С, а при 1=735,9 0С происходит разложение СаС03. Экзоэффекты происходят при 1=325,0 0С, что объясняется полиморфным превращением оксигидратных форм алюминия, сдвоенный при 1=480,0 0С и 1=656,0 0С связан с выгоранием масел. Остаточная масса составляет 40,32 %.
Из термограммы осадка после промывки (рис. 7) видно, что для кривой ДСК характерно несколько термоэффектов: при 1=117,0 0С; 1=379,5 0С; 1=537,1 0С; 1=716,5 0С - и один сдвоенный экзоэффект при 1=481,2 0С и 1=557,8 0С. Эндоэффект кривой ДсК при 1=117,0
0С относится к потере адсорбированной воды, он сопровождается потерей массы 5,64 % (кривая ТГ). На кривой ДСК наблюдается эндоэффект при 1=333,1 0С, который пересекается с экзоэффектом при 1=481,2 0С, поэтому он нечеткий, в виде изгиба, и проходит с потерей массы осадка (кривая ТГ). Сдвоенный микроэк-зоэффект при 1=481,2 С и 1=557,8 0С относится к выгоранию органики, при этом масса осадка уменьшается на 14,78 %. Четкий узкий эндоэффект при 1=379,5 0С происходит с потерей массы до 1,80 %, и небольшой при 1=537,1 0С относится к гиббситу, а эндоэффект при 1=716,5 0С объясняется диссоциацией кальцита. Остаточная масса составляет 45,62 %.
Рис. 7. Термограмма осадка после промывки
При сравнении дифрактограмм и термограмм видно отличие образцов осадков как по дифракционным линиям (см. рис. 4, 5), так и по ширине пиков и значениям максимальной температуры (см. рис. 6, 7), что указывает на различие осадков по свойствам, структуре и составу.
Результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что после промывки изменяются свойства гидроокисных осадков сточных вод металлообрабатывающих предприятий, уменьшается замасленность и повышается зольность в 1,2-1,5 раза.
Известно применение гидроокисных осадков гальванических производств в качестве добавок к строительным материалам [5]. С учетом данных рентгено-фазового и диференциально-термического анализа по составу и свойствам осадков после промывки были проведены исследования по возможности их утилизации в производстве строительных материалов (арбо-литовых смесей, гипсового камня и бетона).
Для эксперимента были приготовлены составы из гипса, воды и осадка. Установлено, что добавление осадка в объеме от 2 до 2,5 % значительно снижает среднюю плотность (объемную массу) гипсового кам-
ня. При этом увеличивается пористость изделий, а следовательно, улучшаются их теплоизоляционные свойства.
Введение добавок осадка в состав бетонных и растворных смесей улучшает их свойства, снижает удельный расход цемента.
Ниже приводятся рекомендуемые составы:
а) для гипсовых изделий: гипс - 650 кг/м3; вода -250 л/м3; осадок - 15 кг/м3;
б) для обычного бетона: портландцемент - 250300 кг/м3; песок - 600-700 кг/м3; щебень - 1250-
о о
1350 кг/м3; вода - 185-190 л/м3; осадок - 2,5-3 кг/м3;
в) для арболита: портландцемент - 300-500 кг/м3; древесная дробленка - 150-200 кг/м3; вода - 250 л/м3; осадок - 2,5-3 кг/м3.
Таким образом, экспериментальные исследования позволили определить оптимальные режимы процесса промывки осадков, обеспечивающие изменение их свойств для разработки технологии последующей утилизации в качестве полифункциональных добавок для строительных материалов и снижения негативного воздействия на окружающую природную среду.
1. Чурбакова О.В. Обработка и утилизация осадков сточных вод металлообрабатывающих предприятий: автореф. дис. ... канд.техн.наук. Новосибирск, 2001. 22 с.
2. Халтурина Т.И., Чурбакова О.В. К вопросу кондиционирования и утилизации осадков промышленных сточных вод // Изв. вузов. Строительство. 2003. № 11. С.89-92.
3. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М.:
ский список
Стройиздат, 1988. 256 с.
4. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М: Техносфера, 2004. 384 с.
5. Халтурина Т.И., Чурбакова О.В., Шакора А.С. Утилизация осадков сточных вод металлообрабатывающих предприятий // Вестник КрасГАСА. 2000. Вып.3. С. 47-53.
