Підвищення ефективності реагентного пом’якшення води за допомогою алюмініймістких коагулянтів

Не дивлячись нашироке застосування сьогодні сучасних методів кондиціонування води, таких як нанофільтрація, зворотний осмос, електродіаліз, іонний обмін, реагентні методи не втрачають свого значення. Головною перевагою реагентного пом’якшення є те, що іони жорсткості переводяться в нерозчинний стан і утилізуються у вигляді нерозчинних осадів.

Мембранні методи очищення води призводять до утворення рідких концентратів, використання іонообмінних методів супроводжується утворенням високомінералізованих нейтральних, кислих або лужних рідких відходів. Найчастіше концентрати після мембранного кондиціонування води і відпрацьовані регенераційні розчини іонного обміну після нейтралізації з порушенням норм екологічної безпеки скидаються в каналізацію або природні водойми. Але навіть після упарювання таких розчинів утилізація отриманих в твердому вигляді солей є складним завданням.

 

 

З іншого боку, існуючі реагентні методи пом’якшення природних вод недостатньо ефективні при використанні традиційних реагентів – вапна, соди, лугу або їх композицій [1,2]. Неефективним є використання о-фосфату натрію [3]. При застосуванні гідроксоалюмінату натрію відбувається істотне збільшення залишкової лужності води.

Тому метою даної роботи було вивчення впливу різних реагентів на ефективність пом’якшення води, визначення умов глибокого пом’якшення води і зниження її лужності.

При вивченні процесів реагентного пом’якшення води поряд з лугом, вапном, содою використовували алюмініймісткий коагулянт РИКС-А0, РИКС-А1, РИКС-А2, сульфат заліза (ІІ), аніонний флокулянт «Поліакрілат», гідролізований на 70 % поліакриламід, катіонний флокулянт ВПК-402 (полідіаллілдіметиламоній| хлорид).

Об'єктами дослідження були води з підвищеною жорсткістю і мінералізацією з р. Сіверський Донець, які були відібрані в районі м. Сєверодонецька і м. Лисичанська (табл. 1; 3).

У даних дослідженнях використовувалися розчини реагентів з відомою концентрацією, включаючи і суспензію вапна. Проводити дослідження, задаючись початковими значеннями рН досить складно, оскільки рівень рНпри внесенні основних реагентів нестабільний. Спочатку із введенням основного реагенту рівень рН зростає. Але по мірі перетворення гідрокарбонату кальцію на нерозчинний карбонат кальцію або гідролізу іонів магнію рівень рН падає. Оскільки ці два протилежно направлених процеса проходять одночасно, то досягнутий максимальний рівень рНзалежатиме від дози реагенту, але і від швидкості його введення в реакційну суміш. При повільному введенні реагенту початкове значення рН може бути нижчим при більшій дозі реагенту, чим при швидкому додаванні меншої дози реагенту. Тому більшої збіжності результатів можна досягти при чіткому дозуванні реагентів при контролі рН середовища. Після відстоювання протягом двох годин воду фільтрували і визначали залишкове рН середовища, вміст іонів жорсткості, лужність. При використання РИКС визначали залишковий вміст алюмінію, а при використанні сульфату заліза визначали залишковий вміст заліза. Результати ефективності реагентів при пом’якшенні води з р. Сіверський Донець (м. Сєверодонецк) приведено в табл. 1.

Таблиця 1 – Залежність ефективності пом’якшення води з р. Сіверський Донець (м. Сєверодонецьк)
від типу і дози реагентів, дози коагуляції РИКС-АО
(рН=8.1, Ж=9.0 мг-екв/дм3, [Са2+]=5.8 мг-екв/дм3, [Mg2+]=3.2 мг-екв/дм3, Л=6.0 мг-екв/дм3, [SO42-]=50 мг/дм3)

 

№ п/п

 

Реагент

Витрата
мг/дм3

 

Ж,
мг-екв/дм3

С,
мг-екв/дм3

 

[Al3+],
мг/дм3

Л,
мг-екв/дм3

 

рН

 

Z %

Са2+

Mg2+

гідр.

заг.

поч.

кін.

1.

СаО

262

5.9

2.5

3.4

-

-

2.5

10.0

8.6

34.4

2.

СаО

298

5.8

2.8

3.0

-

-

2.6

10.5

8.3

35.6

3.

СаО;
NaOH

260;
61

3.5

1.6

1.9

-

-

2.1

11.0

9.9

61.1

4.

СаО;
Na2CO3

260;
160

3.7

1.7

2.0

-

-

4.0

10.5

8.5

58.9

5.

СаО;
Na2CO3

280;
160

2.6

1.5

1.1

-

-

2.7

11.1

9.5

71.1

6.

NаOH

137

4.3

1.5

2.8

-

-

5.0

10.0

9.2

52.2

7.

NаOH

186

3.8

0.8

3.0

-

-

5.0

10.5

9.3

57.8

8.

NаOH

298

2.2

0.1

2.1

-

-

6.0

11.1

9.7

75.6

9.

CаO;
РИКС-А0

260;
118

2.9

2.3

0.6

0.5

-

2.5

10.7

7.6

67.8

10.

NаOH;
РИКС-АО

137;
118

1.9

0.3

1.6

1.4

-

4.0

10.3

8.3

78.9

11.

NаOH;
РИКС-АО

186;
118

0.9

0.1

0.8

0.3

-

4.0

10.8

8.2

90.0

12.

СаО;
Na2CO3;
РИКС-АО

260;
240;
130

0.5

0.0

0.5

7.5

2.5

7.3

10.5

9.5

94.4

13.

САО;
РИКС-А0; Поліакрілат

260;
118;
2

3.1

2.7

0.4

6.8

-

1.0

10.5

8.7

65.6

14.

СаО;
РИКС-А0;
ВПК-402

260;
118;
2

2.9

2.9

0.0

4.8

-

0.8

10.5

9.1

67.8

15.

NаOH;
Na3PO4;
РИКС-АО

137;
20;
40

1.4

1.3

0.1

2.0

0.0

7.0

10.5

8.1

84.4

16

NAOH;
Na3PO4;
РИКС-АО

190;
25;
5

1.3

1.2

0.1

3.5

0.0

7.5

10.8

8.4

85.6

17.

NаOH;
Na2CO3;
РИКС-АО

140;
20;
40

0.6

0.3

0.3

6.5

0.0

6.6

10.5

8.8

93.3

18.

NаOH;
Na2CO3;
РИКС-АО

190;
25;
60

0.5

0.3

0.2

14.0

0.0

9.6

10.8

10.

94.4

Як видно з таблиці 1, використання вапна, лугу, композицій вапна і соди, вапна і лугу було недостатньо ефективним при рН<10.5. В цьому випадку залишкова жорсткість була не нижчою 3.7 мг-екв/дм3, а залишкова лужність не нижче 2.5 мг-екв/дм3. Зниження жорсткості до 2.6 мг-екв/дм3 було досягнуто при рН 11 (доза вапна 260 мг/дм3, соди 160 мг/дм3), але лужність при цьому досягла 4.0 мг-екв/дм3. При дозі лугу 298 мг/дм3 залишкова жорсткість знижувалася до 2.2 мг-екв/дм3 при залишковій загальній лужності 6.0 мг-екв/дм3.

Кращі результати було досягнуто при використанні алюмініймістких коагулянтів РИКС. При сумісному використанні вапна, соди і РИКС-АО досягнуто зниження жорсткості до 0.5 мг-екв/дм3. Проте при цьому загальна лужність досягла 7.5 мг-екв/дм3, гідратна лужність - 2.5 мг-екв/дм3, а вміст алюмінію у воді досягав 7.5 мг/дм3. При використанні лугу, соди і коагулянту РИКС-АО лужність становила 9.6 мг-екв/дм3, а концентрація алюмінію 14 мг/дм3. В цілому, цей результат не можна вважати за задовільний. Якщо дану воду використовувати для підживлення систем охолодження, то можна припустити, що гідратна лужність знизиться по мірі поглинання СО2 з повітря. При цьому алюміній виступатиме інгібітором корозії стали [4]. Проте, при подальшому пом’якшенні або знесоленні води на іонітах, особливо при натрій-катіонному пом’якшенні води, алюміній отруюватиме катіоніт, оскільки алюміній буде гідролізуватися і накопичуватися в іоніті, блокуючи зони гелів смоли. При регенерації іоніту хлоридом натрію гідроксид алюмінію вимиватися з іоніту не буде.

При використанні флокулянтів разом з вапном і коагулянтом РИКС-АО було досягнуто зниження лужності до 0.8÷1.0 мг-екв/дм3, але ступінь пом’якшення при цьому знизився до 65÷67 %. Неефективним було використання в композиціях фосфату натрію при рН 10.5 і 10.8.

Більш кращих результатів було досягнуто при використанні реагентів РИКС-А1, РИКС-А2 з вапном і окремо (табл. 2).

Таблиця 2 – Залежність ефективності пом’якшення води з р. Сіверський Донець (м. Сєверодонецьк)
від дози вапна і коагулянтів РИКС-А1 і РИКС-А2
(рН=8.1, Ж=9.0 мг-екв/дм3, Л=6.0 мг-екв/дм3)

 

№ п/п

 

Реагент

Витрата
мг/дм3

 

Ж,
мг-екв/дм3

С,
мг-екв/дм3

 

[Al3+],
мг/дм3

Л,
мг-екв/дм3

 

рН

 

Z %

Са2+

Mg2+

гідр.

заг.

поч.

кін.

1.

CаO;РИКС-А1

260;90

2.6

1.2

1.4

0.0

0.0

3.0

10.5

8.6

71.1

2.

CаO;РИКС-А2

260;210

2.0

0.7

1.3

0.0

0.0

1.5

10.5

8.6

77.8

3.

CаO;РИКС-А2

260;245

0.7

0.4

0.3

25.0

0.0

2.7

10.8

9.7

92.2

4.

CаO;РИКС-А2

260;280

0.5

0.2

0.3

24.0

0.0

3.5

11.1

9.9

94.4

5.

РИКС-А1

208

1.7

0.4

1.3

0.0

0.0

3.4

10.0

8.4

81.1

6.

РИКС-А1

340

0.5

0.1

0.4

0.0

0.0

3.7

10.5

9.2

94.4

7.

РИКС-А2

210

4.9

1.9

3.0

8.0

0.0

3.3

9.5

8.2

45.5

8.

РИКС-А2

280

1.6

0.5

1.1

5.4

0.0

3.1

10.0

8.6

82.2

9.

РИКС-А2

340

0.3

0.3

0.0

8.0

0.0

3.7

10.5

9.3

96.7

Як видно з таблиці, при використанні коагулянту РИКС-А1 було досягнуто зниження жорсткості до 0.5 мг-екв/дм3 при залишковій лужності 3.7 мг-екв/дм3 за відсутності залишків алюмінію у воді. При використанні тільки коагулянту РИКС-А2 досягнуто зниження жорсткості до 0.3  мг-екв/дм3, проте при цьому загальна лужність була на рівні 3.7 мг-екв/дм3, а залишковий вміст алюмінію досягав 8 мг/дм3. При застосуванні реагенту РИКС-А2 спільно з вапном жорсткість понизилась до 0.5 мг-екв/дм3 при залишковій лужності 3.5 мг-екв/дм3. Проте вміст алюмінію досягав 24 мг/дм3. Зниження залишкової лужності води було досягнуто при сумісному використанні реагентів РИКС-А1або РИКС-А2 і сульфату заліза. В цілому можна відзначити, що при використанні сульфату заліза в композиції з вапном і реагентів РИКС-А1 або РИКС-А2 відбувалось зниження лужності і залишкового вмісту алюмінію із збільшенням витрати сульфату заліза. Це можна пояснити процесом гідролізу сульфату заліза, коли сірчана кислота, що виділилася, взаємодіє з карбонатом або гідроксоалюмінатом натрію. Останній утворюється з алюмінію в лужному середовищі. Проте при підкисленні води із збільшенням дози сульфату заліза відбувається збільшення залишкової жорсткості пом'якшеної води внаслідок розчинення іонів кальцію і магнію. До кращих результатів можна віднести дані, отримані при використанні вапна, РИКС-А1 і сульфату заліза, коли жорсткість знижується до 0.5÷ 0.9 мг-екв/дм3 при залишковій загальній лужності 0.9÷2.0 мг-екв/дм3 при вмісті алюмінію 0.5÷1.6 мг/дм3.

В разі використання РИКС-А2 в окремих дослідах лужність знижувалась тільки до 3.0÷4.0 мг-екв/дм3 при вмісті алюмінію до 7 мг/дм3. В окремих випадках відмічено зниження жорсткості до 0.6÷0.9 мг-екв/дм3 при лужності 1.8÷3.0 мг-екв/дм3 і вмісті алюмінію 0.0÷5.0 мг/дм3.

Таким чином, в роботі було вивчено процеси пом’якшення води з рівнем жорсткості 3÷8 мг-екв/дм3 і показано, що істотного підвищення ефективності процесу можна досягти при використанні спільно з вапном або лугом алюмініймісткі коагулянти РИКС-А1, РИКС-А2. Ефективність пом’якшення води при відносно невисокій залишковій лужності води і низькому залишковому вмісті алюмінію можна досягти при підборі оптимальних співвідношень вапно-коагулянт і при використанні сульфату заліза.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Методы предотвращения накипеобразования при опреснении соленых вод / А.Т. Пилипенко, Н.Т. Вахник, В.И. Максин и др. // Химия и технология воды. – 1991. – Т.13. - № 11. – С. 996–1013.
2. Гнусин Н.П., Тихонова И.А., Лукьянец И.Г. Соосаждение кальция и магния при щелочном умягчении пресных вод // Химия и технология воды. – 1989. – Т.11, № 5. – С.421–424.
3. Шаблий Т.А., Макаренко И.Н., Голтвяницкая Е.В. Разработка эффективной технологии умягчения воды для промышленного водопотребления // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2010. - № 1. – С. 53–58.
4. Гомеля М.Д., Шаблій Т.О, Смола О.В. Вплив іонів кальцію, магнію і алюмінію на корозію стали у воді // Екотехнології і ресурсозбереження. – 2000. - № 2. – С.18–21.

УДК 628.162
Голтвяницька О.В. Підвищення ефективності реагентного пом’якшення води за допомогою алюмініймістких коагулянтів  [Електронний ресурс]  / [Голтвяницька О.В., Шаблій Т.О , Камаєв В.С. та ін.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.60–63. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

 

Скачати презентацію у форматі pdf

Оцінка: 
0
No votes yet