CC BY
65DOI: 10.12737/22652
Свергузова С.В., д-р техн. наук, проф., Сапронова Ж.А., канд. техн. наук, доц., Святченко А.В., аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО КОАГУЛЯНТА ИЗ ОТХОДОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ
ЛИВНЕВЫХ ВОД
sv.anastasiaa@mail.ru
Представлены результаты исследования возможности получения железосодержащего коагулянта для очистки ливневых вод. Для получения коагулянта использован отход сталеплавильного производства. Предложена технологическая схема получения коагулянта и водоочистки.
Ключевые слова: железосодержащий коагулянт, пыль электродуговых сталеплавильных печей, ливневые сточные воды, очистка.
Введение. Ливневые и талые воды, которые образуются вследствие атмосферных осадков на территорию городов и сел, являются одними из основных источников загрязнения окружающей среды.
Поверхностный сток с площадок промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также селитебных территорий вносит значительный вклад в загрязнение поверхностных водных объектов. Водным законодательством запрещается сброс в воду недоочищенных до принятых нормативов талых, дождевых и поли-вомоечных вод, которые отводятся с автохозяйств, строительных площадок, промышленных зон и загрязненных участков населенных пунктов. Для отведения, сбора и очистки подобных стоков перед попаданием в водоем необходима ливневая канализация. Ливневая канализация предназначена для очистки самой загрязненной части сточной воды, образующейся на поверхности во время дождей, мойки дорог и таяния снега. Ливневая канализация должна принимать 70% сточной воды за год с селитебных территорий [1].
Несмотря на нормативные требования, далеко не все ливневые и талые воды проходят стадию очистки, а те очистные сооружения, которые имеются в настоящее время, зачастую не справляются с большими потоками воды.
Во всех ливневых и талых стоках имеется большое количество мельчайших взвешенных неорганических частиц: песка, глины, почвы и т.д. Такие частицы образуют тонкодисперсные суспензии, содержащие трудно подвергающиеся отстаиванию взвеси [2].
Для ускорения процесса отстаивания тонкодисперсных суспензий в промышленности использую коагулянты. Коагулянты - это вещества, введение которых в жидкую среду, содержащую какие-либо мелкие частицы, вызывает коагуляцию, т.е. слипание этих частиц. Чаще всего в качестве коагулянтов используют соли алюминия и железа, гидролиз которых сопровождается образованием крупных хлопьев [3-4]. Однако выпускаемые промышленностью коагулянты дороги, поэтому поиск новых эффективных и недорогих материалов для получения коагулянтов является актуальной задачей. Особенно привлекательным выглядит возможность получения коагулянтов на основе промышленных отходов. К одному из таких отходов относится пыль электродуговых сталеплавильных печей (ЭДСП) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) Белгородской области [5-7].
Основная часть. Пыль представляет собой тонкодисперсный порошок многокомпонентного состава [8], оксидный состав которого и некоторые физико-химические свойства указаны в табл. 1, 2.
Таблица 1
Оксидный состав пыли ЭДСП
Ингредиент
Содержание О (N (D Рч CaO О (N cd ъ (N О ¿75 ZnO O <N MgO MnO О m Ö m О <N < O £ О л с* m О О CuO 1Л О <N Рч (N О н 9 т CdO О iz 1Л О m
оС 13,41 <N r-, as <N vT «4 r-, vT vT tN 3 m 0,782 0,631 2 4t 0, 0,348 7 <N 0, 0,123 0,122 0,0527 0,0433 0,0175 0,0157 0,0107 0,0107
Таблица 2
Физико-химические свойства пыли ЭДСП
№ Показатели Значение
1 Насыпная плотность, кг/м3 9400
2 Истинная плотность, кг/м3 3640
3 Растворимость в воде, % 6,4±0,5
4 рН водной вытяжки 10,9
5 Влажность, % 1,5-2,5
Из рентгенофазового анализа (рис. 1) следует, что в состав пыли ЭДСП входят такие вещества, как магнетит Бе0Ре203 ¿(А0) = 2,979; 2,543; 2,108; 1,691; 1,484; вюстит БеО ¿(А0) = 2,48; 2,141; 1,519; портландит Са(ОН)2 ¿(А0) = 4,924; 4,575; 2,622; 1,989; 1,918; 1,784; 1,692 и кремнезем 8102 ¿(А0) = 3,51; 2,276; ,813; 1,539. При обработке пыли соляной кислотой
часть соединений железа растворяется, в обрати 2+
зовавшемся препарате содержатся ионы Бе и Бе3+ (в дальнейшем - препарат ЖКФ - железосодержащий коагулянт-флокулянт) [9-11].
___________ и_____ 1 .....14 I | 1 1 1 ^ : 1 ^.......... J ......... ___________ ___________ _________
• АЛ 1 1 1 1 1 1 --------а 1 О ^ о - • со П - •
-1- 1 1 -1-11 -
Рис. 1. Рентгенограмма пыли ЭДСП: • - магнетит Бе304; ■ - гематит Бе203; о - металлическое железо Бе; ♦ - кварц 8Ю2; □ - оксид цинка 2пО; ◊ - оксид кальция СаО; А - пиролюзит
Мп02; ▲ - двухкальциевый силикат 2Са0-8Ю2
Очистке с помощью ЖКФ подвергали модельные суспензии, содержащие частицы глины с размером до 0,08 мм. К модельной глиняной суспензии добавляли препарат ЖКФ, суспензию отстаивали в стеклянных цилиндрах [12]. В отстоянной части определяли остаточную мут-
ность, КТИ, с помощью турбидиметра Н1 98703 [13]. Исходная мутность глиняной суспензии составляла 1000 КТИ, концентрация глиняных частиц - 1000 мг/дм3. Влияние количества ЖКФ, добавляемого к глиняной суспензии, показано на рис. 2.
-Х- 80
н 60
£
►¡Т с*
о о 40
И
¿Г 20
добавка суспензии ЭДСП - 1 мл добавка суспензии ЭДСП - 2 мл добавка суспензии ЭДСП - 4 мл
0 1 2 3 4 5 6
Время, часы
Рис. 2. Остаточная мутность суспензии глины препаратом ЖКФ (* - нефелометрическая единица мутности)
С целью сравнения седиментационной устойчивости суспензии глины без добавления препарата ЖКФ и с его добавлением проводили седиментационный анализ. Размер глиняных взвешенных частиц - менее 0,08 мм, их содержание в глиняной взвеси составляло 1000 мг/дм3.
Из седиментационных кривых (рис. 3) следует, что скорость осаждения в глиняной сус-
пензии с ЖКФ в 3 раза больше, чем без ЖКФ. Расчетный размер частиц в суспензии без ЖКФ составил 0,065 мм, а с добавлением ЖКФ - 0,1 Микрофотографии частиц глины в суспензии без ЖКФ и хлопья осаждающейся взвеси под действием ЖКФ представлены на рис. 4 [15].85 мм [14].
0
Я
К н о ев V X К
а -
и
(D
о
о «
о «
100 80 60 40 20
осаждение с добавлением коагулянта осаждение без добавления коагулянта
2 3
8 9 10 Время, мин
Рис. 3. Седиментационные кривые осаждения взвешенных веществ в суспензии глины
ъ # *
Г*» v , . '¿V'
б\
Рис. 4. Микрофотографии глиняной взвеси: а - исходная взвесь без ЖКФ; б - хлопья осаждающейся взвеси под действием ЖКФ
Принципиальная блок-схема процесса очистки сточных вод железосодержащим коагулянтом представлена на рис. 5.
Рис.5. Принципиальная блок-схема процесса очистки сточных вод железосодержащим коагулянтом: 1 - бункер с пылью ЭДСП, 2 - бункер с HCl, 3,4 - дозаторы, 5 - резервуар коагулянта, 6 - дозатор, 7 - усреднитель СВ, 8 - смеситель, 9 - отстойник, 10 - уплотнитель
0
0
1
4
5
6
7
а
Вывод. Использование препарата ЖКФ может обеспечить эффективную очистку сточных вод, загрязненных взвешенными неорганическими и органическими веществами. Такого рода загрязнения наблюдаются в сточных водах молокоперерабатывающих и маслоэкстракцион-ных предприятий, автозаправочных станций, предприятий по производству строительных материалов водах многих производств и в ливневых и талых стоках.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Куликов Н.И., Найманов А.Я., Омельчен-ко Н.П., Чернышев В.Н. Теоретические основы очистки воды. Донецк: изд-во «Ноулидж», 2009. 298 с.
2. Адам Н.К., Толстой Д.М., Ахматова А.С. Физика и химия поверхностей. М.: Гостехиздат, Ленинград, 1947, 536 с.
3. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высш. шк., 2004. 445 с.
4. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 368с.
5. Свергузова С.В., Суханов Е.В., Ипанов Д.Ю. Коагуляция тонкодисперсных систем с помощью пыли электросталеплавильного производства // Вестник технологического университета. 2015. № 1. С. 186-191.
6. Шайхиев И.Г., Свергузова С.В., Порож-нюк Л.А., Ипанов Л.А. Суханов Е.В. Возможные направления использования твердого отхода электросталеплавильного производства - пыли электродуговых сталеплавильных печей // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 6. С. 199-201.
7. Порожнюк Л.А. Ипанов Д.Ю., Сапронова Ж.А., Сапронов А.В., Шамшуров Е.В., Новикова Е.В. Коллоидно-химические свойства пыли ЭДСП в процессах водоочистки // Экология и промышленность России. 2013. №7. С. 22-25.
8. Суханов Е.В. Физико-химические свойства пыли электросталеплавильного цеха (ЭСЦП) // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Курск, 23-26 сентября 2015г.), Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, ЗАО «Университетская книга», 2015. С.154-156.
9. Свергузова С.В., Старостина И.В., Суханов Е.В., Сапронов Д.В. Коагулянт на основе пыли ЭСПЦ // Вестник технологического университета. 2015. № 10. С. 202-205.
10. Свергузова С.В., Ипанов Д.Ю. К вопросу об опасности вторичного загрязнения сточных вод при очистке их отходами электросталеплавильного производства // Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов: сборник докладов Международной молодежной научной конференции, Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2013. Ч.1. С. 310--314.
11. Сергузова С.В., Ипанов Д.Ю., Суханов Е.В. Адсорбционные свойства пыли электродуговых сталеплавильных печей (ЭДСП) // Казан-тип-ЭК0-2014. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения: сборник трудов XXII международной научно-практической конференции (Харьков, июнь 2014 г.), Харьков: НТМТ, 2014. С. 79-81.
12. Свергузова С.В., Ипанов Д.Ю., Сапронов Д.В. Отходы промышленных производств в водоочистке // Решение экологических проблем промышленного региона: материалы X международной научно-технической конференции, Тула: Изд-во «Инновационные технологии», 2012. С.67-70.
13. Суханов Е.В., Латыпова М.М. Определение оптимальных технологических параметров процесса очистки токсичных сточных вод // Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов: сб. докл. между-нар. моложед. науч. конф. БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 12-14 ноября 2013г.), Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2013. Ч.1. С. 126129.
14. Суханов Е.В., Свергузова С.В., Шайхиев И.Г., Порожнюк Л.А., Фомина Е.В., Денисова Л.В. некоторые особенности коагуляционной очистки воды с помощью пыли электросталеплавильного производства // Вестник технологического университета. 2016. Т.19. №9. С.158-163.
15. Свергузова С.В., Старостина И.В., Суханов Е.В., Сапронов Д.В. Влияние условий модификации пыли ЭСПЦ на ее коагуляционные свойства // Вестник технологического университета. 2016. Т.19. №3. С. 113-115.
Sverguzova S.V., Sapronova J.A., Svyatchenko A.V.
TECHNOLOGY TO PRODUCE IRON-CONTAINING COAGULANT OF STEEL PRODUCTION WASTES FOR TREATMENT RAINWATER
The present article presents the research results concerning the possibilities to produce iron-containing coagulant for treatment rainwater. Steel production wastes were used to produce coagulant. A technological procedure producing coagulant and water treatment.
Key words: iron-containing, electric arc furnaces dust, storm wastewater, treatment.
Свергузова Светлана Васильевна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: России, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: pe@intbel.ru
Сапронова Жанна Ануаровна, кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной экологии. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: России, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: pe@intbel.ru
Святченко Анастасия Владимировна, аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: России, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: sv.anastasiaa@mail.ru
