Розробка реагентів для комплексних технологій очищення води та утилізації відходів

Краткое содержание

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, визначено наукову новизну, показано практичне значення одержаних результатів.

Перший розділ  присвячено аналізу патентної та науково-технічної інформації про основні способи отримання реагентів для процесів очищення природних та стічних вод та зневоднення гідрофільних осадів. Розглянуто умови використання кожного з розглянутих способів, показано їх переваги та недоліки.

У другому розділі приводяться характеристики використаних водних середовищ, методики отримання коагулянтів та флокулянтів, оцінки їх ефективності, описуються використані установки та лабораторне обладнання для проведення досліджень.

Третій розділ присвячено розробці нових методів отримання основних солей алюмінію та вивченню процесів освітлення та знебарвлення природних та стічних вод.

Для отримання гідроксохлоридів алюмінію замість дорогого металевого алюмінію був використаний технічний гідроксид алюмінію (ТУ 48-5-128-89), що є напівпродуктом при отриманні металевого алюмінію. Процес проводили під невеликим надлишковим тиском (0,05 МПа) та температурі 160 - 180 ⁰С. Співвідношення реагентів вибрали так, щоб процес протікав з утворенням 1/3 гідроксохлориду алюмінію (ГОХА), а маса гідроксиду алюмінію, що не розчинився,  сягала 10 - 25 % від маси вихідного реагенту.

         Проведений аналіз розчину на вміст алюмінію і хлориду підтверджує хімічний склад 1/3 ГОХА. Залишок гідроксиду алюмінію, що не прореагував, відділяли відразу після завершення процесу на пористому керамічному фільтрі. Для підвищення основності отриманого гідроксохлориду та одержання твердих продуктів отримані розчини випаровували у вакуумі. Залишковий тиск складав 10 - 15 мм. рт. ст., температура в бані роторного випаровувача - 80 - 140 ⁰С. При різних температурах при випаровуванні розчинів одержали тверді гідроксохлориди різної основності. При температурі до 80 ⁰С одержали в основному 1/3 ГОХА (І), при температурі 80 - 100 ⁰С одержали 2/3 ГОХА (ІІ а), при температурі 120 - 140 ⁰С - 5/6 ГОХА (ІІІ а). Склад отриманих продуктів підтвердили аналізом на хлорид і алюміній.

         Більш простим методом підвищення основності гідроксохлоридів алюмінію є взаємодія вихідного 1/3 гідроксохлориду з основними реагентами, такими як оксиди кальцію і магнію, карбонат кальцію.

         Ці процеси не можливо здійснити, використовуючи насичені розчини 1/3 гідроксохлориду алюмінію, тому їх проводили після розведення розчину вихідного гідроксохлориду алюмінію до концентрації 16 г/дм³ (по Al₂O₃).

         При обробці розчину оксидом магнію були отримані 2/3 ГОХА (ІІ б) та 5/6 ГОХА (ІІІ б), при застосуванні СаО – 2/3 ГОХА (ІІ в), при використанні СаСО₃ – 2/3 ГОХА (ІІ г).

         Для оцінки ефективності розроблених коагулянтів були досліджені процеси освітлення та знебарвлення дніпровської та стічної води. Так як дніпровська вода характеризується низькою каламутністю (14 – 18 мг/дм³), то для більш повної оцінки ефективності розроблених коагулянтів були використані модельні розчини бентоніту та гумату натрію.

         При освітленні модельної суспензії бентоніту в дніпровській воді (рис. 1) синтезовані по розроблених нами нових методиках гідроксохлориди алюмінію суттєво переважали сульфат алюмінію, як при відстоюванні,  так  і   при  фільтруванні відстояної води. При цьому сульфат алюмінію практично не впливає на процес відстоювання бентоніту, але значно підвищує ефективність освітлення води при її фільтруванні. Це характерно і для інших коагулянтів. Слід відмітити, що без коагулянтів завислі речовини видаляються з води при фільтруванні на 92 %, а при їх використанні на 94 – 99 %.

Так як кольоровість природної води в основному обумовлена присутністю у ній гумінових кислот, то для дослідження ефективності отриманих коагулянтів по знебарвленню води були використані модельні розчини гумату натрію в водопровідній воді (табл. 1). Практично всі коагулянти були мало ефективними  при  знебарвленні  модельної  суспензії  при   застосуваннях  в  дозах  менших  15  мг/дм³. Лише  синтезований   із   гідроксиду   алюмінію   та  соляної   кислоти   гідроксохлорид  (І) забезпечував знебарвлення води на 78 % при дозі 10 мг/дм³ (по Al₂O₃). Серед 2/3 ГОХА кращим був гідроксохлорид (ІІ б). Як і у всіх інших випадках, при знебарвленні модельної суспензії гумату натрію у воді, гідроксохлориди були ефективніші за сульфат алюмінію. При використанні останнього максимальний ступінь знебарвлення, досягнутий при дозі 15 мг/дм³, складав лише 73,1 %, тоді як для ГОХА цей показник сягав 85 - 90 %.

Як видно з приведених вище результатів, при очищенні модельних суспензій синтезовані нами ГОХА переважали сульфат алюмінію. До найефективніших коагулянтів слід віднести 1/3 ГОХА, синтезований із гідроксиду алюмінію та соляної кислоти.

         В якості стічної води ми використовували воду Київського картонно-паперового комбінату, що надходить на локальні очисні споруди, де вона освітлюється при обробці коагулянтом. Вода характеризується високою концентрацією змулених речовин (С_зм.р.). Ефективність гідроксохлоридів алюмінію при очищенні даної партії стічної води суттєво вища, в порівнянні із сульфатом алюмінію (табл. 2).

При використанні сульфату алюмінію залишкова каламутність освітленої води при дозах коагулянту 50 – 100 мг/дм³ (по Al₂O₃) складала 940 – 1250 мг/дм³. В той же час  залишкові  концентрації  завислих   речовин   в   очищеній