CC BY
150
УДК 628.345.1
Н. Е. Кручинина, Е. Н. Кузин, С. В. Азопков., Е.С. Панкова*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 e-mail: krutch@muctr.ru
ТИТАНОВЫЙ КОАГУЛЯНТ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ВОДООЧИСТКИ ВОДОПОДГОТОВКИ
И
Проведены исследования по модификации титанового коагулянта сульфатным способом. Изучено химический и фазовый состав полученных образцов. Проведена пробная коагуляционная очистка воды, отобранной из источников питьевого водоснабжения г. Москвы. Установлено, что модифицированные формы титанового коагулянта обладают высокой коагуляционной эффективностью.
Ключевые слова: модификация, титановый коагулянт, сульфат алюминия, серная кислота.
Обязательной стадией процессов водоочистки и водоподготовки для нужд хозяйственного и питьевого водоснабжения является физико-химическая очистка. Производство традиционных коагулянтов достаточно дорого, поэтому актуальным остается вопрос разработки и производства дешевых и эффективных коагулянтов и флокулянтов, например, из отходов
промышленности. В качестве примера подобной технологии представляется возможным переработка титансодержащих отходов Ярегского
нефтетитанового месторождения с получением титанового коагулянта (ТК) или его модификаций.
Титановый коагулянт - новый, инновационный и высокоэффективный химический реагент для подготовки воды питьевого качества, а также очистки промышленных и бытовых сточных вод. Повышенная эффективность титанового коагулянта является следствием высокой адсорбционной способностью титаносодержащих фаз в составе продукта [1].
В процессе гидролиза ТК образуются крупные хлопья, которые быстро оседают. Развитая поверхность хлопьев содержит многочисленные и разнообразные адсорбционные центры, способные сорбировать различные ионы и органические молекулы. Удаление крупных неионогенных молекул возможно за счет микрофильтрации и адсорбции в порах [2].
Технологии переработки флотоконцентрата Ярегского нефтетитанового месторождения включает в себя процесс хлорирования титансодержащего отхода с получением тетрахлорида титана Т1С14, водные растворы которого при взаимодействии с гидроксидом алюминия А1(ОН)3 образует титановый коагулянт.
В настоящей работе рассматривается опытно-промышленная партия ТК, содержащая в своем составе (масс.%) : А1С1з ■ 6Н2О - 50,6 ± 0,9, А1(ОН)з - 38,0 ± 0,9, ТЮ2 - 11,4 ± 1,0.
Диоксид титана, входящий в состав коагулянта, способствует более эффективному протеканию процесса коагуляции за счет образования дополнительных центров зародышеобразования и
структур
укрупнения хлопьевидных
гидроксокомплексов алюминия [3, 4].
К недостаткам ТК следует отнести большое количество непрореагировавшего гидроксида алюминия, который снижает долю активного компонента в реагенте и значительно повышает себестоимость товарного продукта.
С целью повышения качества товарного ТК представляется перспективным получение
модифицированной формы коагулянта с помощью серной кислоты путем превращения избыточного гидроксида алюминия в сульфат алюминия (СА) по реакции (1):
2А1(ОН)з + 3Н2БО4 = А12(БО4)з + 6Н2О , (1)
Согласно теории Бренстеда-Льюиса серная кислота более сильная кислота по сравнению с соляной, и поэтому, в результате добавления серной кислоты, наряду с синтезом сульфата алюминия, протекает реакция (2) частичного разрушения хлорида алюминия (основной компонент ТК):
2А1С1з+ 3Н2БО4 = А12(БО4)з + 6НС1 , (2)
Синтез модифицированных образцов
титанового коагулянта.
Модификацию ТК проводили с использованием растворов серной кислоты различной концентрацией. Для этого в реактор помещали 10 г сухого порошка ТК. Затем готовили растворы серной кислоты заданной концентрации и, при постоянном перемешивании вносили их в реактор к ТК (соотношение Т : Ж = 1 : 1,3).
Нагрев реакционной смеси отсутствовал. Время процесса синтеза 10 минут.
При использовании раствора серной кислоты с концентрацией менее 40% реакционная смесь не затвердевала в связи с избыточным количество воды, вносимой в реактор. В то же время использование раствора серной кислоты с концентрацией выше 50% было неэффективно ввиду недостатка жидкой фазы для образования кристаллогидрата А12(БО4)3 ■ 18Н2О.
В качестве оптимальной концентрации серной кислоты для модификации ТК использовали 45%-ный раствор серной кислоты. Реакционная смесь, полученная по данной технологии, представляла собой пастообразную массу, которая в течение нескольких минут затвердевала. Выход модифицированного ТК составил 25,558 г из 10 г исходного продукта. Полученный образец носит маркировку «ТК-45».
По данным рентгенофазового и
рентгенофлюорисцентного анализов установлено, что основным компонентом ТК-45 является Л^БО^^О (около 80 % масс.). Также в продукте обнаружены незначительные количества (5-6% масс.) ТЮХ (х- 1,78) и непрореагировавший гидроксид алюминия в количестве ~ 14,5% масс.
В составе ТК-45 отсутствовали соединения Л1С1з-пН20 и Л12(ОН)5С1, что объясняется высокой
температурой протекания реакции сульфатизации (1 = 80- 100°С), что приводит к разложению Л1С1з-пН20 до Л1С1(0Н)2 и Л1(0Н)з [5]. Часть ГА полученного в результате разложения хлорида алюминия могла быть связана в сульфатную форму ввиду 10 %-ного избытка серной кислоты.
Исследование коагуляционной способности ТК-45
В качестве исследуемых образцов использовались воды Сходненского деривационного канала и р. Яуза.
Исследования по коагуляционной очистке природных вод (табл. 1,2) показали, что при использовании ТК-45 процесс хлопьеобразования, скорость седиментации, а также структура осадка были идентичны процессам с использованием базового варианта ТК, сульфата алюминия и Аква-Аурата.
Таблица 1. Коагуляционная очистка воды Сходненского деривационного канала
Показатели качества очищенной воды
Коагулянт Доза по Л120з, мг/л рН Взвешенные вещества, мг/л Цветность, град А1 мг/л Перманга-натная окисляемость (ПО), мгО/л
Норматив по СанПин 2.1.4.1074-01 6-9 1,5 20 <0,5 <5,0
Исходнаявода - 7,8 0,88 36 0,02 7,12
60 7,2 0,64 14 0,06 з,68
ТК 90 7,0 0,53 11 0,06 2,80
150 6,6 0,50 9 0,01 2,16
60 6,9 0,57 15 0,06 3,36
ТК-45 90 6,6 0,58 12 0,04 2,72
150 6,1 0,48 9 0,01 2,56
60 6,8 0,56 16 0,05 з,90
СА 90 6,6 0,62 10 0,02 2,40
150 6,1 0,47 9 0,02 2,90
60 6,9 0,54 17 0,05 3,78
Аква-аурат 90 6,8 0,57 12 0,04 2,40
150 6,3 0,59 9 0,01 2,50
Таблица 2. Коагуляционная очистка водыреки Яуза
Доза по Л120з, мг/л Показатели качества очищенной воды
Коагулянт рН Взвешенные вещества, мг/л Цветность, град А1ост, мг/л
Норматив по СанПин 2.1.4.1074-01 6-9 1,5 20 <0,5
Исходнаявода - 7,5 1,55 56 0,02
60 7,2 0,48 18 0,08
ТК 90 6,9 0,39 14 0,05
150 6,9 0,57 13 0,06
60 6,8 0,52 15 0,05
ТК-45 90 6,7 0,43 19 0,10
150 6,6 0,43 13 0,04
60 6,6 0,42 15 0,06
СА 90 6,7 0,44 15 0,05
150 6,4 0,45 12 0,03
60 6,8 0,45 14 0,05
Аква-аурат 30 90 6,7 0,40 13 0,03
150 6,6 0,55 11 0,02
В результате серии экспериментов установлено, что коагуляционная очистка природной воды с использованием ТК-45 по своей эффективности не уступает традиционным коагулянтам.
Использование в качестве исходного сырья нефтеконцентрата Ярегского нефтетитанового месторождения позволит значительно снизить себестоимость производимого коагулянта, и, как следствие, снизить и антропогенную нагрузку на регион.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Установлено, что максимальный выход товарного продукта достигается при использовании 45%-ной серной кислоты в соотношении Т : Ж = 1:1,3. Также показано, что модификация ТК сернокислотным методом увеличивает выход (по массе) товарного продукта по сравнению с исходным сырьем (ТК) более чем в 2,5 раза, при этом полученный реагент сохраняет свои коагуляционные свойства.
Измерения выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д.И. Менделеева.
Кручинина Наталия Евгеньевна, декан факультетаБПЭ, заведующая кафедрой ПЭ, д.т.н., профессор
Азопков Сергей Валерьевич, аспирант, Инженер первой категории каф. Промышленной Экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва.
Кузин Евгений Николаевич, заведующий лабораториями каф. Промышленной Экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва.
Панкова Екатерина Сергеевна,студентка 4 курса факультета Биотехнологии и Промышленной экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва.
Литература
1. Стремилова Н. Н. Применение титанового коагулянта для очистки природных и сточных вод от органических примесей, Тезисы докладов на IV Международном конгрессе «Экватек-2000», 05-06 2000, М., С. 421.
2. Титановый коагулянт. Высокоэффективный реагент для очистки воды: сайт. Республика Коми, г. Ухта, 2004. URL: [ http://www.titanfloc.com/ru/coagulant.shtmll
3. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. — М.:"Наука", 1997. — С. 93. — 347 с.
4. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов. — М.: Издательство МГУ, 1996. —С. 260. — 678 с.
5. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — С. 16. — 637 с.
Krutchinina Natalia Evgenievna, Azopkov Sergey Valerievich, Kyzin Evgeniy Nikolaevich,PankovaEkaterina Sergeevna*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail:krutch@muctr.ru
TITANIUM COAGULANT FOR WATER PURIFICATION AND WATER TREATMENT PROCESSES
Abstract
Investigated direction of modification of titanium coagulant by sulphatemethod.The structure and composition of the modified process were studied. Optimal conditions of the modification process were found. Proved coagulation properties of the resulting coagulant modification by the example of Moscow sources of drinking water intake. It was established that the modification of the sulphatemethod allows to obtain a product having a high coagulation efficiency and a reduced content of insoluble part.
Keywords: modification, titanium coagulant, aluminum sulfate, sulfuric acid.
