Выбор условий осаждения карбоната кальция для оценки эфеективности антискалантов Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 66.08:628.16

П. А. Афонин, Н. Е. Пудова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]

ВЫБОР УСЛОВИЙ ОСАЖДЕНИЯ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФЕЕКТИВНОСТИ АНТИСКАЛАНТОВ

Показано, что ранее разработанная методика осаждения карбоната кальция при её использовании для оценки эффективности антискалантов имеет ряд недостатков, в частности, высокое значение рН, не характерное для питьевой и промышленной воды. Рассмотрена возможность изменения условий образования осадка карбоната кальция путем варьирования концентрации примесного компонента, а также значения pH с выбором условий, приемлемых для оценки эффективности антискалантов, подавляющих данный процесс.

Ключевые слова: карбонат кальция; образование осадка; обратный осмос; антискаланты

Карбонат кальция является наиболее распространенной примесью при

обратноосмотической обработке воды и может выпадать в осадок даже при сравнительно небольших концентрациях в исходной воде [1,2]. Для предотвращения его осаждения используются антискаланты или ингибиторы осадкообразования [3]. Для оценки их эффективности нами разработана методика, суть которой состоит в создании условий, способствующих образованию осадков

малорастворимых соединений. Для этого получаются пересыщенные по соответствующим соединениям растворы, и оценивается возможность подавления осаждения использованием антискалантов и варьированием их концентраций с микроскопическим контролем процесса [4,5]. Методика оказалась весьма эффективной для многих малорастворимых соединений, но для СаСОЗ возникли определённые сложности, вызванные особенностями влияния на процесс карбонатного равновесия [2,3]. Выбранные [4,5] условия осаждения карбоната кальция, указанные в таблице 1, отличаются высоким значением рН, не характерным для питьевой и промышленной воды [2,3]. Поэтому нахождение иных, более приемлемых условий образования осадка СаСОЗ явилось целью нашей работы.

Таблица 1. Ранее выбранные условия образования

осадка карбоната кальция [4,5

№ Параметры

1 Метод исследования микроскопический

2 Исходные реагенты Ш2ТО3 (Ч.), СаСЬ (ЧДА.)

3 Состав осадка CaCO3 (с=3,3ммоль/л)

4 pH 10,3

5 Время съемки 10 минут

6 Перемешивание 30 секунд лопастной мешалкой при 300 об/мин

Первоначально проведенные исследования были направлены на изучение осаждения СаСОЗ при меньших концентрациях данного компонента. Выбранный нами метод исследования позволяет делать фотографии полученного осадка через

различные промежутки времени после начала эксперимента [4-5] (рис.1). Фотографии полученного осадка мы переводили в черно-белую палитру и с помощью программы Apfill ink определяли % заполнения фотографии цветом. Именно этот показатель выбран как параметр, характеризующий количество образовавшегося осадка.

0 mill

0 min ч.б.

■ KV5

■А

. ' -- L** - " 1 .

• • i I

5 min

sv> ¿J.fii .v

tar. • ;. ■ ■■.'. !

5 min ч.б.

Рис. 1. Фотографии осадка карбоната кальция через различные промежутки времени

Зависимость показателя т от времени для различных концентраций СаСОЗ указана на рис. 2.

3,3 имоль/л 2,5 ммоль/л

2 ммоль/л 1,5 ммоль/л

4 б

Время, мин.

Рис. 2. Зависимость количества осадка карбоната кальция при различных концентрациях

Как следует из представленной зависимости, уменьшение концентрации исследуемого компонента с 3,3 до 1,5 ммоль/л также позволяет четко фиксировать процесс образования осадка, что является важным

фактором для исследования эффективности антискалантов по подавлению протекания данного процесса.

Другим немаловажным фактором, влияющим на количество осадка карбоната кальция, является значение рН. В наших исследованиях снижение значения рН достигалось использованием в качестве исходного реагента бикарбоната натрия с добавлением гидроксида натрия и дальнейшим смешением с раствором хлорида кальция.

Путем варьирования количества добавляемой щелочи нам удалось установить зависимость количества осадка от времени, которая приведена на рисунке 3.

ю

12

Время, тин

Рис. 3. Зависимость количества осадка карбоната кальция концентрацией 3,3 ммоль/л от времени при разных значениях pH

Из данной зависимости следует, что при исследуемой нами концентрации СаСОЗ значение рН

удается снизить лишь до 9,4. Другие исследования по снижению значения рН при более низких концентрациях компонентов показали, что уменьшение данного параметра даже на 0,2 приводит к резкому снижению количества осадка, что в нашем случае является отрицательным фактором для дальнейших исследований эффективности

антискалантов. Поэтому нами были выбраны условия проведения эксперимента, представленные в таблице 2.

Таблица 2. Новые условия образования осадка

№ Параметры

1 Метод исследования микроскопический

2 Исходные реагенты №НТО3 (Ч), СаСЬ (ЧДА.)

3 Состав осадка CaCO3 (с=2ммоль/л)

4 pH 9,8

5 Время съемки 10 минут

6 Перемешивание 30 секунд лопастной мешалкой при 300 об/мин

Выводы:

1. Проведены эксперименты по изучению выпадения осадка карбоната кальция при различных концентрациях и значении рН. Показано, что даже небольшое снижение рН ведет в резкому снижению количества осадка.

2. Выбраны новые условия проведения осаждения CaCO3 для оценки эффективности антискалантов.

Афонин Петр Александрович, студент 4 курса кафедрытехнологии неорганических веществ и

электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Пудова Наталия Евгеньевна, аспиранткакафедры технологии неорганических веществ и

электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. О.В. Силос, Е.Н. Фарносова, Г.Г. Каграманов. Мембранная технология очистки воды. Том XXV.2011 №(11),

2. Пантелеев А. А., Рябчиков Б.Е., Хоружий О.В.. Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке.- М.: ДеЛи плюс, 2012-429с

3. Десятов А.В., Баранов А.Е., Баранов Е.А., Какуркин Н.П., Казанцева Н.Н., Асеев А.В.. Опыт использования мембранных технологий для очистки и опреснения воды. Под ред. акад. А.С. Коротеева.- М. :Химия, 2008 - 240 с.

4. 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. - с.129 - 132.

5. Жога А.В., Багаутдинова З.Р., Пудова Н.Е. Совершенствование микроскопической методики определения оптимального типа и дозы антискаланта для предотвращения образования осадка на обратноосмотических мембранах, Успехи в химии и химической технологии.

Aphonin Petr Alexandrovich, Pudova Nataliya Evgenievna

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail:[email protected]

THECHOICE OF PRECIPITATED CALCIUM CARBONATE TO EVALUATE THE EFFECTIVENESS ANTISCALANT

Abstract. It is shown that the previously developed technique of precipitation of calcium carbonate when its use for assessing the effectiveness of antiscalant has several disadvantages, in particular, high pH is not typical for drinking and industrial water. The possibility of changes in calcium carbonate precipitation conditions by varying the concentration of the impurity component, as well as the pH value with a choice of conditions suitable for assessing the effectiveness of antiscalant, suppress this process. Key words: calcium carbonate; sedimentation; reverse osmosis; antiscalants