CC BY
50
УДК 542.938.541.49
Т. Ю. Гумеров, О. А. Решетник
ПРОЦЕССЫ КОАГУЛЯЦИИ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
Ключевые слова: очистка сточных вод, удаление белково-жировых примесей, титрование.
Сточные воды, являющиеся результатом деятельности предприятий общественного питания, содержат в своём составе значительное количество белковых и неэмульгированных жировых компонентов, нуждающихся в тщательном удалении. Физико-химическими методами анализа и методом математического моделирования определен характер воздействия коагулянтов на белково-жировые примеси, рассчитаны константы устойчивости и определен вид образующихся комплексных соединений.
Кеуто^: sеwagе ^еаШеМ, гетоуа1 qf albumimus and fatty impurity, titratwn.
ТЬе sеwagе nsult fmm activity оf h еntеrprisеs оf Ле еstablishmеnts оf public catеring, cоntain a significant amrnnt оf prоtеin-lipоid cоmpоnеnts in its structuге гецшге canful charing. Physical and chеmical mеthоds оf analysis and mеthоd оf ma^matical mоdеling м>еге usеd in dеtеrminatiоn оf chara^r о/' Ао^^еМ тАтте оп prоtеin-lipоid impuri^s and оf Ле kind оffоrming mmpkx cоnnеctiоns and in calculatwn о/cоnstants оf stability.
На любом предприятии, производство которого предполагает использование воды, необходима система для ее отведения и слива в общую канализационную сеть. В том случае, если вода содержит большое количество растительных или минеральных масел, а также неэмульгированных жиров, ее необходимо предварительно очистить от них. Особенно это актуально для заведений общественного питания [1]. Целью работы являлось оптимизация условий удаления белковых и жировых примесей из сточных вод, при добавлении коагулянтов неорганической природы [2].
В качестве объектов исследования были выбраны сточные воды, являющиеся результатами деятельности предприятий общественного питания (I - Предприятие студенческого питания - ПСП, II - Столовая производственного предприятия -СПП). Основные характеристики сточных вод, приведены в таблице 1. Как видно из таблицы 1, все основные показатели данных систем имеют превышения на порядок по сравнению с нормативными показателями.
Таблица 1 - Основные характеристики сточных вод
Обозначение Образцы Нормативные
I II показатели
рН 6,5-7,0 6,5-7,0 6,5-8,5
ХПК 670 553 265
БПК5 531 506 177
Взвешенные 350 100 186
вещества,
мг/л
Жиры, мг/л 400 374 10
Белки, мг/л 134 155 0
В качестве коагулянтов (М) были взяты следующие реагенты: сульфат алюминия (ГОСТ 1296685), хлорид алюминия (ТУ 38-102612-88), хлорид железа (ГОСТ 4147-74).
В работе использовались распространенные методы седиментационного анализа, спектроско-
пии, первичного хлопьеобразования, определение белков и неэмульгированных жиров методами Со-кслета [3] и Кьельдаля [4]. Методам потенциомет-рического титрование, был определен состав соединений в исследуемых стоках, а с помощью математического моделирования рассчитаны значения констант равновесий [5]. Проанализировав сточные воды методами Сокслета и Кьельдаля было установлено, что в образцах I и II наблюдается превышение белково-липидных примесей по сравнению с допустимым их содержанием (по данным СанПиН («Концентрация вредных веществ в сточных водах». Постановление главы администрации г. Казани № 917 от 15.05.2000г (табл.1).
Подбор оптимальных концентраций коагулянтов проводился в результате обработки сточных вод методам осветления и измерения оптической плотности, изложенной в работе [5]. На рисунке 1 представлены результаты определения оптимальных концентраций коагулянтов. Как видно из рисунка, коагулирующая способность солей железа и алюминия отличается. Наблюдается увеличение скорости процесса осветления в случае добавлении хлорида железа по сравнению с солями алюминия (кривые 3 и 6). Коагулирующая способность солей алюминия, при изучении близких по структурно-групповому составу сточных вод, примерно одинакова. Небольшие отличия в действии коагулянтов на основе А1(111) могут быть объяснены особенностями ком-плексообразования при гидролизе в сточной воде и отличием количественной составляющей химического состава исходных смесей. При малых дозах вносимых коагулянтов, наилучшим действием в сточных водах двух систем, по сравнению с коагулянтами на основе А1(111), обладает треххлористое железо (РеО!3 > А12(8О4)3 = А1С13) [6].
На следующем этапе эксперимента были получены кривые потенциометрического титрования растворов коагулянтов в области рН 3 -г-12 (рис.2). Для этого был применен программный продукт МШЕрЬ+ Уегаои 3.0 (созданный на кафедре аналитической химии, стандартизации менеджмента и качества КНИТУ (КХТИ)). Кривые
потенциометрического титрования были
преобразованы в кривые зависимости функции
С V
образования п^ (рН), где п =
1 С -V
соли соли
методика [7]. Созданная математическая модель основных равновесных процессов позволила оценить значения констант равновесий, а также учесть наличие полиядерных соединений в исследуемых стоках.
Проанализировав кривые титрования, путём совмещения экспериментальных и теоретических данных, были определены области существования соединений в зависимости от рН раствора и исходных концентраций коагулянта. Была проведена оценка полученных значений констант равновесия, которые свидетельствуют о важности учета полиядерных соединений при моделировании системы.
Изучено поведение сточных вод с белковыми и неэмульгированными жировыми примесями при добавлении коагулянтов - солей А1(111) и Ре(Ш). Методом седиментационного анализа определены оптимальные концентрации коагулянтов.
В условиях сравнения близких по структурно-групповому составу сточных вод с белковыми и неэмульгированными жировыми примесями - коагулирующая способность солей ^е (III) и А1(111) образует характерный ряд: РеО!з > А!2(ЭО4)3 = А1С1з.
Наличие полиядерных соединений с близкими количественными характеристиками коагулянтов на основе А1(111) и полиядерных соединений с более высокими значениями констант устойчивости для Ре(Ш) являются одной из возможных причин влияния коагулянтов на процессы коагуляции в сточных водах предприятий общественного питания.
Было определено, что при меньшей концентрация коагулянта (от оптимальной) в области рН = 3-5, наблюдается разрушение полиядерных соединений коагулянта, что проявляется на преобразованных кривых потенциометрического титрования (КПТ) смещением в щелочную область (рис. 2). При увеличении концентрации коагулянта КПТ сдвигаются в кислую область из-за образования новых полиядерных соединений. Добавление коагулянта приводит к образованию осадка постоянного состава в области рН = 4.5-12. Обработка кривых потен-циометрического титрования с применением метода математического моделирования [8] позволяет определять вид, количество и характер распределения образующихся комплексов. Математическое моделирование показало, что в кислой области рН = 3-5, коагулянт образует соединения МбЦ2, МбЦ2Б, Мз2Ьб4 (табл.2).
Данный состав найден по виду кривых в области рН = 3-5. В работе выявлено, что при концентрации коагулянта меньшей, чем оптимальная имеет место сдвиг КПТ в щелочную область. При концентрации коагулянта равной оптимальной - происходит сдвиг КПТ в кислую область, а при концентрации коагулянта выше оптимальной более чем в 2 раза, сдвига кривых не наблюдается. По-видимому, это объясняется образованием полиядерных соеди-
нений коагулянта со всеми соединениями сточной воды.
Q/Qmax 1 -
0,8 -
0,6 -
0,4 -
0,2 -0
0
10
15
20
t мин
25
Рис. 1 - Кривые седиментационного анализа образцов сточной воды в координатах Q/Qmax от 1, (где Q и Qmax - соответственно текущее и максимально достигнутые значения веса осадков на чашечке торсионных весов, 1 - время экспозиции). I: 1 - А12(8О4)з = 0.03%; 2 - А1С13 = 0.0125%; 3 - РеС!3 = 0.025%. II: 4 - А1С13 =0.02%; 5 -А!2(БО4)3 =0.04%; 6 - РеС!3 =0.03%
nL
II
♦
г
3 2 1
_РН
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Рис. 2 - Экспериментальные кривые потенцио-метрического титрования растворов коагулянтов стандартным раствором №ОИ (0,05н), преобразованные в координаты «функции образования п,. от рН»: 1 - А!С!3 = 0,0125%; 2 - А!2(БО4)3 = 0,03%; 3 - РеС!3 = 0,025%
Таблица 2 - Состав полиядерных соединений в сточных водах А!С!3 = 0,0125%; А!2(БО4)3 = 0,03%; РеС!3 = 0,025%
Состав соединений. M (Al (III), Fe
(III)), L (OH-)
«
и н е н
и
д
е о с е
н а е
ч
о
С
M3L5 M3L5S
MaL12 MaL12s
M32L64 M32L70
M40L100
M2L5
M2L5s
M3L8
M4Lh
Константы
Al(III) Fe(III)
KPB1X2B2
KPB1X2B2S
KPB2X5B2
KPB2X5B2S
KP32B2
KP32B2X6L
KP40B2XB3
KP2B2XL
KP2B2XLS
KP3B2X2L
KP4B2X3L
Значения констант устойчивости
Al(III) =e(III)
Cl- SO42" Cl-
15.2 15.2 18.0
0.5 0.5 -
33.0 33.0 28.0
21.0 21.0 21.0
- - 140
- - 180
- - 186
10.0 10.0 -
1.4 1.4 -
16.0 16.0 -
22.0 22.0 -
5
5
4
3
2
1
0
Положение индексации комплексного соединения:
1. К - Ступенчатая константа устойчивости комплексного соединения.
2. Х - знак присоединения (знак "+" или "-" нельзя использовать из-за несовместимости при программировании).
3. В - наиболее устойчивый ряд комплексного соединения называемый базисным рядом комплексного соединения (в данной работе это гидроксоком-плексы). Цифра справа от символа В определяет номер соединения в этих рядах (например: ВО — А!3+; В1 - А!ОН2+; В2 - А!(ОНЬ+. Цифра слева от символа В определяет число присоединившихся частиц.
4. Р - полиядерные соединения.
5. Б - осадки.
Выводы
Изучено поведение сточных вод с белковыми и неэмульгированными жировыми примесями при воздействии коагулянтов - солей А1(111) и Ре(111). Методом седиментационного анализа определены оптимальные концентрации коагулянтов.
В условиях сравнения близких по структурно-групповому составу сточных вод с белковыми и неэмульгированными жировыми примесями коагулирующая способность солей Ре(Ш) и А1(111) образует ряд: РеС!3 > А!2(БО4)3 = А!С!3.
Наличие полиядерных соединений с близкими количественными характеристиками коагулянтов на основе А!(111) и полиядерных соединений с более высокими значениями констант устойчивости для Ре(Ш) являются одной из возможных причин влияния коагулянтов на процессы коагуляции в сточных водах предприятий общественного питания.
Литература
1. Гумеров, Т.Ю. Особенности очистки сточных вод от солей УЬвалентного хрома. / Т.Ю. Гумеров, А.Д. Зубко-ва. // Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: теория и практика. борник статей II между© Т. Ю. Гумеров - к.х.н. доцент кафедры ТПП КНИТУ, tt-timofei@mail.ru; О. А. Решетник - д.т.н., профессор зав.кафедрой ТПП КНИТУ.
народной научно-практической конференции. Изд-во Казань ГУ «Научный центр БЖД» Ч.2.-С.116-120.
2. Радионов, Р.В. Организационно-технические мероприятия по водоочистке нефтесодержащих сточных вод. / Р.В.Радионов, Т.Ю. Гумеров. // Международная молодежная научная конференция XX Туполевские чтения. Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. 2012. Т.1 С. 409-412.
3. Справочник по общей биохимии. // Под ред. Ю.Б. Филиппович М.: Просвещение, 1982, 311с.
4. Плешков, Б.П. Практикум по биохимии растений. М.: Колос, 1968. 105с.
5. Гумеров, Т.Ю. Комплексообразование в процессах коагуляции и флокуляции белково-липидных коллоидных систем: Автореф. дисс. к. х. н. Казань, 2006. 18с.
6. Илларионова, И. А. О безопасности использования консервантов на предприятиях общественного питания. / И. А.Илларионова, О. А. Решетник. // Безопасность жизнедеятельности. Раздел Охрана здоровья, Москва. Изд-во Новые технологии. 2011. Т.10. №10. - С.21-25.
7. Юсупов, Р.А. О корреляции между константами устойчивости и константами растворимости гидроксидов металлов./ Р.А.Юсупов, О.В. Михайлов // Журн. неорганической химии, 2002. Т.47. № 7. С.1177-1179.
8. Юсупов, Р.А. Ионообменные процессы в металло-сульфидных имплантатах: Дисс. д. х. н. Казань, 2003. 349 с.
9. Илларионова, И.А. О химической дезинфекции на предприятиях общественного питания / И.А., Иллариао-нова, Т.Ю. гумеров, О.А. Решетник // Вестник КГТУ, 2010, Т.11, С.257-264.
10. Гумеров, Т.Ю. Calculating composition and еquilibrium instants о! hеtеrоnuclеar сотр1ехе8 in systеm AL(III)-СЩЩ-ШО-ОН—СЬ-/ Т.Ю.Гумеров, О.А. Решетник // Вестник КГТУ, 2014, Т.17, №21, С.32-35.
T. U. Сишегоу, Candidatе о!" Siеncеs (Ph.D.) in ^тееп^, Босей (Assоciatеd Pressor) о!" Ше Dеpartmеnt о!" Tеchnо1оgy о!" Fооd Prоductiоns in Kazan National Rеsеarch Tеchnо1оgica1 University, tt-timоfеi@mai1.ru; О.А. РезЬеШк, Dоctоr о! Tеchnica1 Sciеncеs, Profеssor, supеrvisor о! Ше о! thе Dеpartmеnt о! Tеchno1ogy о! Food Productions in Kazan National Rеsеarch Tеchno1ogica1 Ш№егейу
