CC BY
11
УДК 628.31
Башмакова О.В., Кузин Е.Н., Кручинина Н. Е.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА КВАСА КОМПЛЕКСНЫМИ КОАГУЛЯНТАМИ
Башмакова Ольга Витальевна, студентка 2 курса магистратуры факультета биотехнологии и промышленной экологии, e-mail: [email protected];
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфилевцев, д. 20
Кузин Евгений Николаевич, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Кручинина Наталия Евгеньевна, д.т.н., заведующий кафедрой промышленной экологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Главной задачей данной работы являлась оценка эффективности физико-химической очистки сточных вод производства кваса. Установлено, что минимальная эффективная доза сульфата алюминия составляет 48 мг AhOs/л, при этом эффективность очистки не превышает 82 %. Комплексный коагулянт на основе сульфата алюминия, с добавкой 3 % тетрахлорида титана позволил добиться более высоких показателей эффективности очистки (89 %).
Ключевые слова: производство кваса, очистка сточных вод, коагулянт.
WASTEWATER TREATMENT OF THE PRODUCTION KVASS WITH COMPLEX COAGULANTS
Bashmakova O.V., Kuzin E.N., Kruchinina N. E.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The main focus of this work was the assessment of the effectiveness of the physicochemical treatment of waste water from the production of kvass. It was found that the minimum effective dose of aluminum sulfate is 48 mg Al2O3 / L, while the purification efficiency does not exceed 82%. A complex coagulant based on aluminum sulfate, with the addition of 3% titanium tetrachloride, made it possible to achieve higher purification rates (89%). Keywords: production kvass, waste water treatment, coagulant.
Введение
В новом тысячелетии производство кваса получило динамическое развитие. С ростом объёмов производства увеличились и объёмы сточных вод. Основным отходом производства безалкогольных напитков является квасная гуща, существенная масса которой сбрасывается в канализацию. Переработка такого отхода вызывает трудности, т. к. её жидкая фаза содержит значительное количество экстрактивных веществ, в виде растворённых соединений, коллоидных частиц и тонко- и грубодисперсных взвесей. В зависимости от стадии технологического цикла содержание взвешенных веществ может колебаться от 400 до 2700 мг/л, а растворенных органических соединений (в пересчете на биологическое потребление кислорода) от 600 до 3000 мг О/л [1]. При высоком содержании растворённых органических соединений сточные воды подвергаются биологической очистке. Для достижения ПДК по взвешенным веществам применяют физико-химические методы очистки воды.
Физико-химическая очистка включает в себя процесс коагуляция - это явление, при котором мелкие частицы дисперсной фазы, соударяясь, объединяются в более крупные агрегаты. В качестве коагулянтов выступают соли поливалентных металлов (алюминия, железа и другие.). Необходимо отметить, что алюминий имеет ограниченный диапазон рН применения, а соединения железа могут
образовывать комплексы с органической составляющей воды [2]. В последнее время рассматривается возможность использования комплексных титансодержащих реагентов -традиционных реагентов модифицированных незначительными добавками соединений титана [36].
Экспериментальная часть
Основной задачей данной работы является оценка эффективности традиционного коагулянта (сульфата алюминия) и комплексного титансодержащего коагулянта в процессах очистки сточной воды производства кваса.
Перед введением коагулянтов рН воды предварительно корректировали раствором №ОН до рН=7,0±0,1. В качестве исследуемых образцов коагулянтов были выбраны водные растворы сульфата алюминия, а также комплексный реагент, полученный добавкой тетрахлорида титана к сульфату алюминия.
Коагуляцию проводили на лабораторном флокуляторе VELP Scientifica FC4S. Время быстрого перешивания (150 об/мин) составляло 2 минуты, время медленного перемешивания (10 об/мин) - 8 минут, время отстаивания пробы - 30 минут.
Оценку эффективности очистки проводили измерением показателей ЦУ4оо и содержания взвешенных веществ на портативном спектроотометре БЯ 2800. По изменению содержание
взвешенных веществ можно судить об эффективности удаления нерастворимых соединений, в то время как показатель иУ4оо обусловлен наличием в воде растворенных органических соединений.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе экспериментов была проведена оценка дисперсных частиц в составе сточной воды. Данные по распределению частиц представлены на графике (рис. 1)
Рис. 1 Распределение дисперсных частиц по размерам
Из данных графика (рис. 1) видно, что большая часть дисперсных частиц представлена крупными агрегатам (более 100 мкм), при этом в воде обнаружены частицы с размером порядка 900 нм. Данные частицы имеют крайне низкую скорость оседания и несут на своей поверхности слабоотрицательынй заряд (-6 мВ). Именно медленнооседающие частицы обуславливают общую сложность очистки подобных стоков.
В следующем этапе экспериментов была проведена оценка эффективности традиционного коагулянта - сульфата алюминия в процессах очистки сточной воды производства кваса. Эффективную дозу подбирали экспериментально.
Таблица 1.
Доза реагента, мг Al2O3/л Мутность, мг/л п,% ИУ400, ед п,%
24 94,42 55 91,33 44
32 58,75 72 66,87 59
40 40,91 80,5 47,30 71
48 37,77 82 45,67 72
56 52,45 75 56,76 65,2
80 90,22 57 101,12 38
120 176,24 16 156,57 4
160 125,89 40 132,10 19
240 123,79 41 128,84 21
320 102,81 51 101,12 38
Из данных таблицы 1 видно, что максимально возможная эффективность очистки при использовании сульфата алюминия не превышает 82 %, а эффективность снижения показателя ЦУ4оо - 72 %. Оптимальная доза коагулянта - 48 мг(АЬОз)/л.
Согласно результатам предварительных экспериментов применение чистых солей титана в данном случае не целесообразно ввиду ярко выраженных кислотных свойств реагентов (резкое снижение рН при низкой буферной емкости сточной воды). Эффективность чистого тетрахлорида титана не превышала 40 %, при эффективной дозе 80 мг(ТЮ2)/л
На заключительном этапе экспериментов к эффективной дозе сульфата алюминия (48 мг АЬОз/л) добавляли тетрахлорид титана таким образом, что содержание модифицирующей добавки в комплексном коагулянте составляло 1 - 5 % масс. Данные по эффективности очистки в зависимости от добавки соединений титана представлены на графике рисунок 1.
Рисунок 1. Влияние добавки тетрахлорида титана на эффективность очистки
На диаграмме видно, что добавление 3,0 % масс тетрахлорида титана к основному коагулянту позволяет дополнительно увеличить эффективность очистки на 6 - 7 %. В данном случае эффективность удаления взвешенных частиц достигла почти 89 %, в то время как эффективность снижения содержания растворенных органических соединений ЦУ4оо, ед достигла 79 %.
Повышенную эффективность комплексных титансодержащих реагентов можно объяснить процессами нейтрализационной коагуляции (зародышеобразование) на поверхности
противоположно заряженных гидрооксокомплексов алюминия и титана [7], а также явлениями поликонденсации продуктов гидролиза соединений титана [8].
Заключение
На основании полученных данных можно сделать вывод, о перспективности применения комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод производства кваса.
Эффективная доза сульфата алюминия составила 48 мг/л по АЬОз а эффективность удаления взвешенных веществ и снижения показателя ИУ400, 82 и 72 % соответственно. Использование комплексного коагулянта на основе сульфата алюминия, модифицированного тетрахлоридом титана, позволило на 7 % повысить эффективность очистки воды. Установлено, что минимальная добавка тетрахлорида титана к сульфату алюминия, необходимая для интенсификации процесса очистки, составляет 3,0 % масс. по ТЮ2 .
Список литературы
1. Яковлев C.B., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация: учебник для вузов / 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975. -632 с.
2. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: "Наука", 1997. - 347 с.
3. Кузин Е. Н. Титансодержащие коагулянты в процессах очистки хозяйственно-бытовых сточных вод // Вода и экология: проблемы и решения. 2020. № 4 (84). С. 16-23
4. Kuzin E. N., Kruchinina N. E., Gromovykh P.S., TyaglovaYa. V. Coagulants in the Processes of Waste Water Treatment in Dairy Complex Industry // Chemistry for sustainable development 2020. V. 28. P. 388-39
5. 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, 2010. 126837.
6. 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 V. 208. pp. 261-272.
7. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод.. вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с.
8. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. Учебное пособие Текст. / // М.: ИКЦ «Академкнига». 2007. 309 с.
