CC BY
22
УДК 628.31
Башмакова О.В., Керселян К.С., Кузин Е.Н., Кручинина Н. Е.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД СПИРТОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КОМПЛЕКСНЫМИ КОАГУЛЯНТАМИ
Башмакова Ольга Витальевна, студентка 1 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
Керселян Кристина Сергеевна, студентка 4 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 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
Основной задачей данной работы являлась оценка эффективности физико-химической очистки сточных вод спиртовой промышленности. Установлено, что минимальная эффективная доза сульфата алюминия составляет 104 мг Al2O3/л, при этом эффективность очистки не превышает 92 %. Эффективная доза тетрахлорида титана составила 28 мг TiO/л, при этом эффективность очистки составила в среднем 95 %. Комплексный коагулянт на основе сульфата алюминия, с добавкой тетрахлорида титана позволил значительно снизить дозу реагента, а также достигнуть максимальной эффективности очистки (более 99 %). Ключевые слова: спиртовая промышленность, очистка сточных вод, коагулянт.
WASTEWATER TREATMENT OF THE ALCOHOL INDUSTRY WITH COMPLEX COAGULANTS
Bashmakova O.V., Kerselyan K.S., Kuzin E.N., Kruchinina N. E. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The main objective of this work was to assess the effectiveness of the physico-chemical wastewater treatment of the alcohol industry. It was found that the minimum effective dose of aluminum sulfate is 104 mg Al2O3 / L, while the cleaning efficiency does not exceed 92%. The effective dose of titanium tetrachloride was 28 mg TiO2 / L, while the cleaning efficiency was on average 95%. The complex coagulant based on aluminum sulfate, with the addition of titanium tetrachloride, allowed to significantly reduce the dose of the reagent, as well as to achieve maximum cleaning efficiency (more than 99%).
Keywords: alcohol industry, waste water treatment, coagulant.
Введение
В настоящее время всё большее количество предприятий спиртовой промышленности сталкивается с проблемой очистки больших объемов сточных вод. Основным источником поступления загрязняющих веществ в воду является спиртовая барда, а в частотности ее жидкая фаза - фугат, который с точки зрения переработки вызывает особые трудности, т.к. в нем содержатся большое количество окисляемой органики, в виде растворенных соединений, а также коллоидных частиц, тонко- и грубодисперсных взвесей. Химический состав сточных вод пивоваренного производства также характеризуется непостоянным составом. 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]. Для достижения нормативов ПДК по содержанию взвешенных веществ применяются различные методы физико-химической очистки воды. Сточные воды с высоким содержанием растворенных органических соединений обычно подвергают биологической очистке. В большинстве случаев биологической очистке предшествует
предварительная очистка на локальных очистных сооружениях физико-химической очистки.
Одним из основных процессов физико-химической очистки воды является коагуляция -процесс объединения при соударении мелких частиц дисперсной фазы 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 последние годы рассматривается перспектива использования титановых коагулянтов. Благодаря высокой адсорбционной способности титансодержащих фаз, такой коагулянт обладает высокой эффективностью [3-4]. Так как использование чистых солей титана экономически не выгодно, то особенно остро стоит задача рассмотрения эффективности применения комплексных титансодержащих реагентов -традиционных реагентов модифицированных незначительными добавками соединений титана.
Экспериментальная часть
Основной задачей данной работы является оценка эффективности соединений титана и комплексных титансодержащих коагулянтов в
процессах очистки модельной воды спиртового производства.
Для проведения экспериментов была приготовлена модельная сточная вода, путём разбавления браги водопроводной водой в соотношении 1:20. Перед введением коагулянтов рН модельной воды предварительно корректировали раствором №ОН до рН=7,0±0,1. В качестве исследуемых образцов коагулянтов были выбраны водные растворы тетрахлорида титана, сульфата алюминия (III), а также комплексный реагент, полученный добавкой тетрахлорида титана в водные растворы сульфата 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 цветности (А,=400 нм) и мутности (А,=490 нм) на фотоколориметре. По
изменению показателя мутности (содержание взвешенных веществ) можно судить об эффективности удаления нераствормых соединений биологического происхождения, в то время как показатель цветности обусловлен наличием в воде растворенных органических соединений. Результаты и их обсуждение На первом этапе экспериментов была проведена оценка эффективности традиционного коагулянта -сульфата алюминия в процессах очистки модельной воды спиртовой промышленности. Эффективную дозу подбирали экспериментально.
Из данных таблицы 1 видно, что максимально возможная эффективность очистки при использовании сульфата алюминия не превышает 92 %, а эффективность снижения цветности - 80 %. Оптимальная доза коагулянта - 104 мг по А12О3/л.
Данные по эффективности очистки модельной воды при использовании тетрахлорида титана в качестве коагулянта представлены в таблице 2.
Таблица 1
Эффективность очистки модельной воды сульфатом алюминия
Доза коагулянта, мг А12О3/л Мутность, мг/л Эффективность очистки, % Цветность, град Эффективность очистки, %
0 713,35 - 293,56 -
40 86,02 87,9 97,85 66,7
88 56,65 92,1 60,34 79,4
104 54,55 92,4 55,45 81,1
120 79,73 88,8 78,28 73,3
136 83,92 88,2 86,44 70,6
160 113,30 84,1 114,16 61,1
Таблица 2
Эффективность очистки модельной воды тетрахлоридом титана
Доза коагулянта по ТЮ2, мг/л Мутность, мг/л Эффективность очистки, % Цветность, град Эффективность очистки, %
0 713,35 - 293,56 -
8 251,77 64,7 244,64 16,7
16 134,28 81,2 163,09 44,4
24 33,57 95,3 34,25 88,3
24,8 35,67 95,0 37,51 87,2
26,4 54,55 95,4 58,71 80,0
28 20,98 97,0 24,46 71,7
32 75,53 89,4 91,33 68,9
Из данных таблицы 2 видно, что по своей эффективности тетрахлорид титана значительно превосходит традиционный сульфат алюминия. Так, уже при дозе коагулянта 28 мг по ТЮ2/л удалось достигнуть эффективности очистки 97 %. Дальнейшее увеличение дозы не привело к повышению эффективности. Сравнимая данные таблицы 1 и 2 можно сделать вывод, что
эффективная доза тетрахлорида титана была в среднем в 3 раза ниже, чем у сульфата алюминия.
Высокая эффективность коагулянтов на основе соединений титана объяснится явлениями поликонденсации титановых кислот [5-6], а также высоким по сравнению с алюминием зарядом катиона металла (правило Шульце-Гарди) [7].
На заключительном этапе экспериментов к эффективной дозе сульфата алюминия (104 мг А12О3/л) добавляли тетрахлорид титана таким образом, что содержание модифицирующей добавки в комплексном коагулянте составляло 2 - 10 % масс. Данные по эффективности очистки в зависимости от добавки соединений титана представлены на графике рисунок 1.
п 76
74
72 70
0 1 4 6 8 10
Добавка соединений гитана {поТЮз),%
Рисунок 1. Влияние добавки тетрахлорида титана на эффективность очистки А12(804)3
Из данных диаграммы видно, что добавка соединений титана в количестве 2,5 % позволяет существенно увеличить эффективность очистки. Эффективность удаления взвешенных веществ достигла 99 %, в то время как эффективность снижения содержания растворенных органических соединений (показателя цветности) достигла 97 %, что согласуется с литературными источниками [4, 8].
Заключение
На основании полученных данных можно сделать вывод о высокой эффективности комплексного коагулянта в процессах очистки сточных вод спиртовой промышленности.
Установлены эффективные дозы сульфата алюминия (104 мг/л по А12О3) и тетрахлорида титана (28 мг/л по ТЮ2). Использование комплексного коагулянта на основе сульфата алюминия, модифицированного тетрахлоридом титана, позволило существенно повысить эффективность очистки воды. Установлено, что минимальная
добавка тетрахлорида титана к сульфату алюминия, необходимая для интенсификации процесса очистки, составляет 2,5 % масс. по TiO2 .
Работа выполнена в рамках программы поддержки
молодых ученых-преподавателей РХТУ им. Д.И.
Менделеева (Заявка З-2020-013.)
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. Кручинина Н. Е., Кузин Е. Н., Азопков С. В. Использование коагулянтов на основе хлоридов титана и кремния в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов // Химическая промышленность сегодня - Москва: Изд-во «Химпром сегодня», 2017. № 8. С. 36 - 40.
4. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Тяглова Я. В., Громовых П. С. Комплексные коагулянты в процессах очистки сточных вод молочной промышленности // Химия в интересах устойчивого развития 2020 № 5.
5. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. Учебное пособие Текст // М.: ИКЦ «Академкнига». -2007. -309 с.
6. T.-H. Wang , A. M. Navarrete-Lopez , S. Li , D. A. Dixon , and J. L. Gole , " Hydrolysis of TiCl4: Initial steps in the production of TiO2," J. Phys. Chem. A 114(28), 7561-7570 (2010).
7. Гетманцев С. В., Нечаев И. А., Гандурина Л. В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М.: «АСВ», 2008. 271 с.
8. Hussain, S., Awad, J., Sarkar, B. et al Coagulation of dissolved organic matter in surface water by novel titanium (III) chloride // Mechanistic surface chemical and spectroscopic characterisation. Separation and Purification Technology. -2019. № 213 - Р. 213223.
