CC BY
55
УДК546.284-325
А.В. Жога, З.Р. Багаутдинова, Н.Е. Пудова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 *e-mail: anazhoga@mail.ru
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МИКРОСКОПИЧЕСКОЙ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ТИПА И ДОЗЫ АНТИСКАЛАНТА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКА НА ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИХ МЕМБРАНАХ
Разработана методика подбора оптимального типа и дозы антискаланта для предотвращения образования осадков карбоната кальция и гидроксида железа (III). Сравнена эффективность различных антискалантов и подобраны их оптимальные дозы, предотвращающие образование осадков. Изучено влияние таких параметров как перемешивание раствора, тип щелочного агента, рН и концентрации веществ на процесс осаждения и выбор оптимальной дозы антискаланта.
Ключевые слова: водоподготовка; антискаланты, ингибиторы осадкообразования; обратный осмос; карбонат кальция; гидроксид железа, микроскопическая методика.
Одной из проблем при использовании мембранных методов очистки воды является образование осадка малорастворимых соединений на поверхности мембраны, резко снижающие производительность. Для уменьшения этого отрицательного явления используются добавки, снижающие скорость образования отложений и делающие их структуру более удобной для удаления. Эти добавки получили название ингибиторы осадкообразования или
антискаланты. Их состав не раскрывается производителями, а рекомендуемая доза во многих случаях является завышенной и не варьируется с изменением качества воды. Это приводит к увеличению затрат на антискалант и сбросу вредных веществ в сточные воды. Поэтому определение оптимальной дозы антискаланта представляет как экономический так и экологический интерес.
В настоящее время наиболее распространенной практикой определения оптимальной дозы антискаланта является длительная эксплуатация стендовых или промышленных мембранных установок в заданном режиме со снятием зависимости снижения проницаемости мембраны во времени [1]. Такой способ является трудоемким и длительным.
Ранее нами была разработана микроскопическая методика [2], которая позволяет в лабораторных условиях быстро подбирать тип и дозу антискаланта. Суть этой методики состоит в создании условий способствующих образованию осадков выпадающих в реальном режиме. С этой целью создаются пересыщенные по соответствующим соединениям растворы, и оценивается
возможность подавления процесса осаждения использованием антискалантов и варьированием
их концентраций. Отсутствие процесса образования осадка контролируется
микроскопически с выводом изображения на экран компьютера. Методика уже была отработана на процессе осаждения карбоната кальция. В результате проведенных экспериментов были выбраны условия получения осадка и контроля процесса микроскопическим методом:
1. Состав осадка - CaCOз
2. Концентрация карбоната кальция - 6,6 10-3 моль/л (степень пересыщения - 6).
3. Микроскоп - ЬеуепЬик 40Ь с цифровой камерой с130.
4. Степень увеличения микроскопа - 220.
6. Время фотографирования - 60 минут.
7. Фотографии объекта исследования делали через 1, 3, 5 и каждые 5 минут.
Вместе с тем в ряде экспериментов наблюдалась недостаточная воспроизводимость результатов, кроме того методика была отработана только на одном осадке и требует дальнейшего расширения состава примесей и новых антискалантов. Это обусловило потребность в дальнейшем совершенствовании методики.
Цель работы - совершенствование микроскопической методики определения оптимального типа и дозы антискаланта для предотвращения образования осадка на обратноосмотических мембранах. Задачи работы: улучшение воспроизводимости результатов; отработка методики на процессе осаждения карбоната кальция и гидроксида железа с использованием ранее изученных антискалантов и широко используемого в России антискаланта Амината К от производителя ООО «НПФ Траверс»; подбор оптимальной дозы антискалантов для предотвращения образования осадков.
Улучшение воспроизводимости может быть достигнуто путем равномерного распределения реагентов в растворе. Были проведены аналогичные опыты с предварительным перемешиванием раствора в течение 30 секунд с помощью магнитной мешалки.
Таблица 1
Значения критерия Кохрена
Рис. 1. Зависимость количества осадка карбоната кальция от времени при перемешивании и без перемешивания Определено, что скорость образования осадка карбоната кальция в опытах с перемешиванием выше, чем в опытах без перемешивания (рис.1). Воспроизводимость оценивали с помощью критерия Кохрена. Результаты экспериментов с перемешиванием показали лучшую
воспроизводимость (табл 1.).
Таблица 2
Минимальные концентрации антискалантов, предотвращающие образование осадка карбоната кальция
Для определения влияния перемешивания на подбор оптимальной дозы антискалантов были использованы уже имеющиеся у нас антискаланты отечественных и зарубежных производителей: ООО «Гидротех», ООО «Веллоами», Nalco Europe B.V. и Genesys International Ltd., а также ранее не изученный антискалант Аминат К отечественного производителя ООО «НПФ Траверс».
Повторно проведенные опыты с антискалантами без перемешивания показали, что ранее подобранные минимальные дозы антискалантов предотвращают образование осадка карбоната кальция (табл. 2). Исключением стал антискалант АГАС 3 В отечественного производителя ООО «Веллоами», который вероятно утратил свои свойства и не оказал влияние на процесс образования осадка. Определена минимальная доза антискаланта Аминат К, которая оказалась ниже дозы рекомендуемой производителем.
* антискалант с дозой выше рекомендованной произво
В таких же условиях но с перемешиванием раствора были определены минимальные дозы антискалантов, предотвращающие образование осадка (табл. 2). Эти концентрации оказались ниже, чем в опытах без перемешивания. Вероятно такой же эффект будет наблюдаться и на промышленных объектах, поэтому важно обеспечивать равномерное распределение антискаланта по всему объему жидкости для снижения затрат на препарат.
В результате проведенных экспериментов мы определили, что для рекомендации дозы антискалантов достаточно времени эксперимента 5 минут т.к. в реальных системах вода дольше не задерживается в мембранной установке и дальнейшее увеличение времени эксперимента является не целесообразным.
телем, не предотвращает образование осадка
Отработать методику необходимо при осаждении других малорастворимых примесей, которые образуются при очистке воды. К таким примесям относится гидроксид трехвалентного железа. Важнейшими параметрами для создания исследуемой системы являются концентрация ионов железа, рН, а также вещество, применяемое в качестве осадителя. Выбор концентрации ионов железа в экспериментах подбирался в диапазоне значений от 1 до 10 мг/л, что соответствует значениям на реальных объектах водоподготовки. В результате было определено, что наиболее удобно контролировать образование осадка при концентрации ионов железа 10 мг/л.
40 35 30 О 25 ^ 20 6 15
10 5
0 •
0
20
40 t, мин
60
80
♦ без перемешивания • с перемешиванием
Рис. 2. Зависимость количества осадка гидроксида железа от времени при перемешивании и без перемешивания
Рис. 3. Зависимость количества осадка гидроксида железа от рН
При предварительном перемешивании реагентов наблюдалось увеличение скорости образования осадка гидроксида железа (рис. 2).
Проведенные опыты осаждения гидроксида железа при различных рН с различными щелочными агентами (гидроксид и карбонат натрия) показали, что при увеличении рН с 8 до 10 количество осадка уменьшилось и при рН=10 осадок практически не образовался (рис. 3).
В качестве щелочного агента был выбран гидроксид натрия так как при этом образовалось большее количество осадка чем в опытах с карбонатом натрия (рис.4).
Рис. 4. Зависимость количества осадка гидроксида железа от щелочного агента при рН=8 В результате проведенных опытов были выбраны условия проведения методики для осаждения гидроксида железа (III) и определения оптимальной дозы антискаланта. Исследуемую систему готовили путем сливания растворов соли трехвалентного железа с концентрацией 10 мг/л и 0,1 н раствора гидроксида натрия до достижения рН=7. Перемешивание осуществлялось в течение 30 секунд с помощью магнитной мешалки. Продолжительность эксперимента сокращена до 5 минут.
Добавление антискалантов показало, что для предотвращения образования осадка гидроксида железа минимальная концентрация антискаланта превышает дозу рекомендуемую
производителями. Наиболее эффективным оказался антискалант зарубежного производителя Nalco 3DT249 при дозе рекомендуемой производителем он предотвращает образование осадка (табл. 3).
Таким образом, была усовершенствована методика определения оптимального типа и дозы антискаланта за счет улучшения
воспроизводимости и сокращения времени эксперимента. Выбраны условия образования осадка гидроксида железа и контроля процесса микроскопическим методом.
Определены минимальные дозы антискалантов, предотвращающие образование осадков.
Таблица 3
Минимальные концентрации антискалантов, предотвращающие образование осадка гидроксида железа
: антискалант с дозой выше рекомендованной производителем, не предотвращает образование осадка
Жога Анастасия Владимировна, аспирантка кафедры технологии неорганических веществ, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Багаутдинова Зарина Ривкатовна, студентка 5 курса кафедры технологии неорганических веществ, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Пудова Наталья Евгеньевна, студентка 4 курса кафедры технологии неорганических веществ, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Жога А.В., Пудова Н.Е., Какуркин Н.П. Разработка методики оценки эффективности антискалантов // Успехи в химии и химической технологии, сб. науч. тр. Том XXVII, №7 (147) -М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013. - 136 с.
2. Жога А.В., Малютина Е.М., Какуркин Н.П. Определение оптимальной дозы антискаланта с целью уменьшения воздействия на окружающую среду // III Всероссийская конференция "Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды", г. Новочебоксарск, 21 -22 ноября 2013 г.
Zhoga Anastasiya Vladimirovna*, Bagautdinova Zarina Rivkatovna., Pudova Nataliya Evgenievna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: anazhoga@mail.ru
IMPROVEMENT OF MICROSCOPIC METHOD FOR DETERMINE OPTIMAL TYPE AND DOSE OF ANTISCALANT TO PREVENT FORMATION OF PRESIPITATION IN RO MEMBRANE
Abstract
Developed a method to select the optimal type and dose of antiscalant to prevent precipitation of calcium carbonate and iron hydroxide (III). Compare the performance of antiscalant and matched their optimal dose to prevent the formation of precipitates. The influence of parameters such as the mixing of the solution, the type of alkaline agent, pH and concentration of substances on the deposition process and the selection of the optimal dose of antiscalant.
Keywords: water, antiscalants, inhibitors of sedimentation, reverse osmosis, calcium carbonate, iron hydroxide, microscopic method.
