ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗЫ КОАГУЛЯНТА

В УСЛОВИЯХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДЩЕЛАЧИВАНИЯ

Крылова Любовь Александровна

студент 4курса, кафедра «Промышленная экология  и химия»

КФМГТУ им.Н.Э. Баумана, г. Калуга

E-mail:

Шемель Ирина Геннадиевна

научный руководитель, ст. преподаватель

КФМГТУ им.Н.Э. Баумана, г. Калуга

Целью работы явилось определение оптимальных условий коагуляции для доочистки сточных вод одного из машиностроительных заводов города Калуга после реагентного осаждения ионов тяжелых металлов. Необходимость в этом была обусловлена изменением технологического цикла  выпускаемой военной продукции и увеличением номенклатуры выделяемых тяжелых металлов.

На эффективность действия коагулянтов оказывает влияние большое количество факторов. В технологии очистки воды следует учитывать состав загрязняющих веществ, вид и дозу коагулянта, температуру и pH воды, условия введения реагирующих веществ, гидродинамический режим [5].

Для максимального извлечения загрязнений процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин pH, которые непосредственно связаны с рН существования соответствующих коагулянтам гидроксидов. Принимают, что наибольший эффект очистки сточных вод при использовании в качестве коагулянта на основе солей алюминия достигается в интервале значений pH среды от 6,5 до 8; при использовании солей железа – в интервале значений pH от 4,1 до 14,0[3].

Для решения поставленной задачи были проведены ряд экспериментов. Пробные испытания – при введении традиционно используемых на предприятии оксихлорида алюминия (марки Б, массовая доля основного вещества в пересчете на Al₂O₃–18-22 %) и хлорида железа (массовая доля хлорного железа в растворе – более 40 %), при этом в 1л исследуемого раствора добавляли 5 мл коагулянта и проводили отстаивание в спокойном состоянии в течение 1,5 час (рис.1).

Рисунок 1.Зависимость полноты осаждения частиц от времени наблюдения

Из рисунка 1 видно, что процесс осаждения протекает приблизительно с одинаковой скоростью, однако, осаждение с хлоридом железа идет медленнее в силу рыхлости образующихся агломератов (их плотность составила 0,79-0,88 г/см³ против 1,01-1,03 для оксихлорида алюминия).

Однако, исходя из широкого диапазона рН существования гидроксида железа, оптимизацию проводили именно с его предшественником – коагулянтом на основе хлорида железа. Условия опытов по определению оптимальной дозы коагулянта без предварительного подщелачивания и с подщелачиванием были изменены, моделировали режим физико-химического процесса коагуляции c перемешиванием, обеспечивающим повышение вероятности столкновения частиц. При этом учитывали, что слипание частиц и формирование клеевых мостиков в мицеллах (потеря агрегативной устойчивости) возможно при значительном снижении скорости перемешивания, вплоть до полного прекращения – для осаждения хлопьевидных структур (потеря седиментационной устойчивости). В химических стаканах организовали  2-хстадийное перемешивание: быстрое (при использовании механической мешалки с большим числом оборотов) в течение 30 с и медленное (перемешивание стеклянной палочкой) 5 мин. После этого наблюдали за образованием хлопьев и фиксировали кинетику осаждения по высоте столба осветленной жидкости в течение 0,5 часа.

Расчет дозы коагулянта для очищаемой воды может быть проведен, исходя из показателей воды (кислотность, мутность).В конце 1 опыта из каждого стакана из верхнего слоя отбирали пипеткой пробу для определения рН, мутности. Определение рН проводили с помощью иономера И-500, мутность – качественно, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при боковом искусственном освещении. [4].

Дозу щелочи (Cа(OH)₂) Д_щ, мл на 1 мг/л дозы коагулнта Д_к определяли по результатам титрования, используя методику  [2]:

,                                                        (1)

где - объем щелочи, израсходованный на приведение исследуемого раствора к заданной величине pH, мл.

Объем щелочного раствора, добавляемого в каждый стакан, содержащий определенную дозу коагулянта, необходимый для приведения pH к принятому значению, находили по формуле:

,                                                       (2)

Результаты расчетов занесены в таблицу1.

Таблица 1

Данные по дозированию коагулянта и щелочного агента

Введение расчетного количества коагулянта осуществлялось в ходе интенсивного перемешивания. Для каждой серии опытов построены зависимости (рис.2)

Рисунок 2. Зависимость дозы коагулянта

от времени полного осаждения хлопьев (а) и рН среды (б)

Они позволяют видеть диапазоны медленной и быстрой коагуляции, и по точкам перегиба на графиках определить оптимальные значения как величины дозы коагулянта, так и величины рН.Они составляют соответственно:доза коагулянта 80мг/л, а значение рН – 8,5-9.

При этом немаловажным остается вопрос о технологическом режиме ввода коагулянта. Концентрированная (вся расчетная доза – в половинный объем стоков) или фракционная (первоначально производится подача 3/4 расчетного объема, а через небольшой промежуток времени, составляющий не более нескольких минут, оставшаяся четверть дозированного реагента) подача коагулянта на производстве будет способствовать увеличению скорости образования хлопьев, в результате чего процесс будет проходить в среде с уже имеющимися центрами коагуляции [1]. Установленный в реагентном хозяйтсве диффузорный распределитель обеспечит возможность дозированной подачи  коагулянта.

Существенную экономию коагулянта (60-80% от расчетного) может дать ведение прерывистого коагулирования, совмещенного с применением дополнительной аэрации.

Список литературы:

1. Гудилина И. Выбор метода коагулирования// Сайт компании ООО «НОМИТЕК» [электронный ресурс] - Режим доступа. – URL: https://nomitech.ru/articles-and-blog/vybor_metoda_koagulirovaniya/ (дата обращения – 13.01.16)
2. Исаева А.М., Шпилева И.И., Коровянский С.И. Очистка сточных вод: методические указания по выполнению лабораторных работ. Ч. 2– Пенза: ПГУАС, 2013. – 28 с. // [электронный ресурс] - Режим доступа. – URL: http://regionvuz.pguas.ru/Plone/reestr/80.pdf (дата обращения – 05.10.15).
3. Мешалкин А.В., Дмитриева Т.В., Стрижко Л.С. Экохимический практикум: учеб.пособие. – М.: Сайнс-Пресс. – 2002. – 240 с.
4. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами – СПб.: «Крисмас+», 2004. – 248 с.// [электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.anchem.ru/literature/books/muraviev/020.asp (дата обращения – 03.10.15).
5. Фролов Ю.Г. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы – М.: Химия. – 1988. – 464 с.