Высокоэффективный коагулянт-флокулянт для очистки разных водных систем

Глобальное загрязнение водных источников ставит под угрозу существование биологических объектов, включая основного загрязнителя – человека. Единственным разумным выходом из сложившейся ситуации является повсеместное снижение антропогенного воздействия на экосистему в целом и аквосистему, в частности. Наиболее перспективный путь к воссозданию и сохранению гидросферы – создание при условии реализации комплекса мероприятий единой экологической цепи «водоем-питьевая вода-водоем». Прежде всего это касается внедрения высокоэффективных технологий очистки природных и сточных вод, включая не только создание новых, но и модернизацию и усовершенствование существующих технологических решений. Важнейшей составляющей отмеченного по праву считается применение в практике широкого спектра современных реагентов с коагулирующими и флокулирующими свойствами, что дает возможность обеспечить высокое качество очищенной воды не зависимо от ее исходного загрязнения [1-5].

Результатом широкомасштабных исследований, проведенных в Институте биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины (ИБОНХ НАН Украины), стала разработка неорганических препаратов общего технического названия «Сизол», показавших существенные технико-экономические преимущества перед другими реагентами в процессах подготовки питьевой воды, очистки промышленных и промышленно-бытовых сточных вод, подготовки воды для технических нужд [6-8]. Использование препаратов типа «Сизол» позволяет разрабатывать и использовать технические решения, способные дополнять существующие системы очистки, а в некоторых случаях полностью заменить биологические методы. Они интенсифицируют разделение суспензии на твердую и жидкую фазы, улучшают процессы фильтрации и седиментации. Близким аналогом созданных препаратов является так называемая активированная кремниевая кислота (АК), нашедшая в свое время широкое промышленное использование в системах водоподготовки [9]. Основным ее недостатком является необходимость использования этого реагента непосредственно после изготовления, поскольку из-за своей нестабильности АК теряла свою активность в течение нескольких часов.
Нам удалось стабилизировать АК (в частности, сульфатом алюминия) и довести срок хранения созданных реагентов как минимум до трех месяцев с полным сохранением их функциональных возможностей.
Как оказалось, стабильность полученных образцов определяется, кроме четкого контроля величины рН, условиями приготовления раствора силиката натрия с выбранной концентрацией по диоксиду кремния, условиями получения кремниевой кислоты и времени ее выдерживания перед смешением с сульфатом алюминия, наличием в растворе остаточных ионов натрия, соотношением в конечном продукте диоксидов кремния и алюминия. С ростом рН стабильность золя кремниевой кислоты снижается, т.е. процесс гелеобразования в пределах одной концентрации диоксида  кремния сильно зависит от величины рН системы. Не менее  важным фактором, влияния на процесс гелеобразования является содержание диоксида кремния в растворе. С его увеличением время гелеобразования уменьшается и, например, при 6,0 % содержании SiO2, полное гелеобразование наступает даже в интервале рН 1,5-2,5 % уже через 10 суток, а при рН 2,5-3,5 система через 24 часа теряет свои функциональные свойства.
Отмеченные выше результаты получены при выдерживании исследуемых образцов при температуре 20-25 °С. Учитывая чрезвычайную чувствительность рассматриваемых систем к внешним воздействиям следует ожидать отклика на изменение температурного фактора. Действительно, наиболее «комфортными» условиями для хранения получаемых образцов являются низкие температуры. При 6-9 °С и содержании диоксида кремния 1,5-2,5 % образцы хранятся и не теряют своей активности в течении 180 суток. С его увеличением стабильность реагентов ухудшается, однако они остаются достаточно активными более двух недель с момента изготовления даже при 6 %-ом содержании SiO2. С ростом температуры время начала гелеобразования уменьшается как с изменением содержания диоксида кремния, так и в пределах одной и той же его концентрации.
Этот факт чрезвычайно важен с практической точки зрения, поскольку совместно с концентрационным параметром и оптимальной величиной рН позволяет решать вопросы хранения и транспортировки таких растворов, регулировать процесс получения конечного продукты и условия его использования. Кроме этого, важным технологическим параметром для получения оптимального реагента является порядок и скорость смешения его составляющих Эффективность полученных образцов оценивали на модельных системах по степени извлечения тяжелых металлов – меди, железа, марганца, свинца, а также магния, гидрокарбонатоа, ортофосфата и др. Такой выбор обусловлен, в первую очередь, тем, что многие сточные воды содержат в значительных количествах именно эти загрязнения. Поскольку стоки в большинстве своем являются суспензии, то в модельные растворы добавляли замутнитель (бентонитовую глину) из расчета 1 г/1 л. Аналитический контроль эффективности очистки проводили, используя известные методики [10].
Для примера, в таблицах 1 и 2 показано влияние порядка и скорости смешения составляющих реагента на его эффективность в процессе извлечения тяжелых металлов из модельных смесей соответственно.

Таблица 1 – Влияние порядка смешения составляющих реагента на его эффективность


Порядок смешения

Доза реагента, мл/100 мл

Степень извлечения загрязнений, %

 

 

Fe3+

Cu2+

Mn2+

Pb2+

Вариант 1

0,2
0,3

68
80

78
99

34
49

43
67

Вариант 2

0,2
0,3

12
16

21
25

17
21

19
25

Примечание: 1. Использован реагент с соотношением SiO2/Al2O3 = 1,5/0,76.
 2. Вариант 1 – раствор сульфата алюминия смешивали с раствором кремниевой кислоты.
   Вариант 2 – раствор кремниевой кислоты смешивали с раствором сульфата алюминия.

Таблица 2 – Влияние скорости смешения составляющих реагента на его эффективность


Скорость смешивания, обор/мин

Доза реагента, мл/100 мл

 

Степень извлечения загрязнений, %

 

 

Fe3+

Cu2+

Mn2+

Pb2+

5

0.5

84

98

91

73

30

0.5

80

96

92

70

60

0.5

65

57

59

24

Примечание: Использован реагент с соотношением SiO2/Al2O3 = 1,5/0,76.

Опыт работы с реагентами типа «Сизол» был учтен при проведении опытно-промышленных испытаний коагулянта-флокулянта «Сизол-2500» на эксплуатационном участке водопроводно-канализационного хозяйства в г. Богуславе Киевской области (таблица 3). Важным обстоятельством явилось то, что при испытаниях наблюдалось пролонгированное действие реагента, обусловленное конструктивными особенностями осветлителя, где   очищаемая вода контактирует определенное со шламами, образованными при коагуляции. Это привело к тому, что при общем количестве очищенной воды (2340 м3) реальная доза реагента, обеспечивающая приведенные в таблице 3 показатели составила всего 0,427 мл/л. С учетом содержания в реагенте товарного сульфата алюминия (2,5 % масс.) и оксида кремния (1,5 %) их оптимальные расходы для очистки воды составляли: товарного сульфата алюминия 10,7 мг/л и оксида кремния – 6,4 мг/л (содержание оксида кремния в жидком стекле 29,3 % масс.). При этом следует отметить, что использование чистого сульфата алюминия в таких количествах и даже в количестве эквивалентному его содержанию в изначально выбранной дозе реагента “Сизол-2500” - 3 мл/л, не обеспечивало гостированных показателей в очищенной воде. Логическим завершением этой работы стало решение научно-технического совета Госстроя Украины, рекомендовавшего реагент «Сизол-2500» для внедрения на станциях подготовки питьевой воды. Сам реагент нетоксичен, негорюч, взрывобезопасен, не требующий специальных мероприятий  при работе с ним.
Таблица 3 – Показатели воды р. Рось, полученные при опытно-промышленных испытаниях
реагента “Сизол-2500”


Вода

Контролируемые показатели воды

 

Температура, 0С

Мутность, мг/л

Цветность, град.

Содержание остаточного алюминия, мг/л

Исходная вода

3.2

2.8

38

Вода после очистки

3.2

< 0.1

1

0.08

Он прошел токсиколого-гигиеническую экспертизу, отнесен к 4 класу безопасности и получил разрешение МОЗ Украины на использование за назначением. Разработаны и зарегистрированы Госстандартом Украины соответствующие Технические условия.
В дальнейшем, опыт работы с реагентами типа «Сизол» подтвердил их высокую эффективность при очистке не только питьевой, но и сточных вод разной природы: предприятий нефтеперерабатывающей промышленности; предприятий целлюлозно-бумажной промышленности; сточных вод, содержащих красящие и дубильные вещества; сточных вод горно-обогатительных комбинатов; предприятий пищевой промышленности; фильтратов свалок твердых бытовых отходов; радиоактивных сточных вод объекта «Укрытие». Анализ полученных результатов привел к выводу о том, что правильное использование таких реагентов обеспечивает следующие преимущества: увеличивается плотность скоагулированной суспензии, ускоряется процесс хлопьеобразования; возрастает глубина очистки воды за счет лучшего удаления в осадок примесей, тяжело удаляемых традиционными коагулянтами; исключается необходимость введение подщелачивающих растворов; расширяется область оптимальных значений рН; существенно улучшается процесс очистки воды в холодное время года.
Таким образом, в процессе проведенных исследований за разными параметрами оптимизированы условия получения кремниевой кислоты. Определены условия ее модифицирования и условия гелеобразования. Создан уникальный за своими свойствами неорганический коагулянт-флокулянт типа «Сизол», предназначенный для подготовки питьевой воды и очистки высокотоксичных сточных промышленных вод различного происхождения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мурзакова А.Р. Исследование способа очистки сернисто-щелочных стоков нефтеперерабатыва-ющих предприятий с применением коагулянтов / А.Р. Мурзакова, [и др.] // Экологические систе-мы и приборы: науч.-технич. и производств. журн. – 2007. – № 12. – С. 32 – 33.
2. Кузнецова Е.Г. Влияние электроразрядной обработки на очистку сточных вод в процессах коагуляции и флокуляции / Е.Г. Кузнецова, Ю.Г. Сарибекова // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – Харьков: Техно-логический центр, 2011. – 4/6 (52). – С. 50 – 53.
3. Омельчук Ю.А. Очистка шахтных вод от урана коагуляцией / Ю.А. Омельчук, Е.В. Рудковская, Н.Д. Гомеля // Энерготехнологии и ресурсосбережение: науч.-техн. журн. – 2011. – № 5. – С. 36 – 40.
4. Запольский А.К. Коагулянты  и  флокулянты  в  процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение / Запольский А.К., Баран А.А. – П.: Химия, 1987. – 208 с.
5. Кашковский В.И., Зубенко А.В. Опыт работы с новым высокоэффективным украинским коагу-лянтом-флокулянтом “Сизол” по очистке питьевых и сточных вод и обезвоживанию шламов / Матеріали науково-практичних конференцій міжнародного водного форуму “Аква Україна - 2003”. 4-6 листопада,  2003 р., м. Київ. – С. 200-201
6. Спосіб одержання коагулянту.  Кашковський В.І., Войновський В.В., Зубенко О.В. Патент України  № 80425. Опубл. 25.08.07 р. Бюл. № 15.
7. Спосіб одержання коагулянту. Кашковський В.І., Войновський В.В., Матяш Л.П., Зубенко О.В., Матвійчук Д.А. Патент України  № 77315. Опубл. 15.11. 06 р. Бюл. № 11.
8. Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф., Слипченко В.А. Активная кремнекислота и проблема качества воды // Киев: Наукова думка, 1969. – 237 с.
9. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод // Москва: Химия, 1984. – 448 с.

Высокоэффективный коагулянт-флокулянт для очистки разных водных систем [Електронний ресурс]  / [Кашковский В.И., Каменських Д.С., Евдокименко В.А.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/vysokoeffektyvnyy-koagulyant-flokulyant-dlya-ochystky-raznyh-vodnyh-system

Оцінка: 
0
No votes yet