ИССЛЕДОВАНИЕ КОАГУЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ТИТАНОСОДЕРЖАЩЕГО ШЛАМА

Полный текст

Исследования коагулирующих свойств отходов промышленных предприятий являются актуальными, поскольку применение в качестве реагентов отходов позволит решить сразу две задачи: снизить затраты на производство коагулянтов и утилизировать имеющиеся отходы предприятий. Для очистки сточных вод могут применяться отходы различных металлургических предприятий, теплоэлектростанций, осадки сточных вод, отходы химических отраслей промышленности и др. Использование отходов промышленности в качестве реагентов позволит получить коагулянты комплексного действия, которые в ряде случаев могут обладать большей эффективностью, чем известные и широко применяемые соли алюминия и железа [1, 2, 12, 13]. Существует множество публикаций на данную тему, что подтверждает актуальность задачи использования отходов в процессе водоочистки [3-6, 15]. Вызывают особый интерес коагулянты на основе соединений титана, поскольку, в соответствии с правилом Шульца-Гарди, чем выше валентность иона, тем ниже значение его порога коагуляции, следовательно ионы титана, у которого валентность выше, чем у ионов алюминия и железа, будут иметь большую коагулирующую способность [7]. В водной среде соединения титана образуют сложные полимерные системы с большим набором различных абсорбционных центров и микропор. При гидролизе раствора двуокиси титана в системе формируются полиядерные гидроксокомплексы металла, обладающие адсорбционными и ионообменными свойствами, проявление которых зависит от многих факторов: рН системы, заряда загрязняющих воду ионов. Природа металла такова, что, при значениях рН, характерных для природных и большинства сточных вод, титан образует нерас- 55 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2015 | № 2 (19) Л.Г. Спиридонова творимые соединения, что связано с более высоким значением ионного потенциала, чем у алюминия и железа, следовательно, в очищенной воде практически не будет наблюдаться остаточных концентраций титана [8, 14]. Поскольку чистые соли титана являются дорогим сырьем для производства коагулянтов, применение титаносодержащих отходов промышленности позволит использовать все достоинства титанового реагента с меньшими затратами на его получение [19, 16]. В данной статье изложены результаты изучения коагулирующих способностей отхода производства титановых изделий. Травильные растворы, образующиеся на предприятии и содержащие в своем составе ионы титана, алюминия и железа, обрабатываются известью, выпавший осадок хранится в шламонакопителях [11, 17]. Для анализа на содержание коагулирующих ионов были отобраны пробы шлама из 4-х точек его складирования: из отстойник, в точке сброса шлама в шламонакопитель, из шламонакопителя со сроком складирования более 0,5 лет, из шламонакопителя со сроком складирование более 7 лет. Наибольшее количество полезных для коагуляции ионов наблюдалось в шламе, отобранном из отстойника и в точке сброса в шламонакопитель. В шламе, отобранном из отстойника, содержится до 20 % ионов титана, до 13 % ионов алюминия и до 3 % ионов железа. В шламе, отобранном в точке сброса в шламонакопитель содержится ионов титана до 10 %, ионов алюминия до 7,5 % и ионов железа до 1 % [9]. Рентгеноструктурным анализом установлено, что ионы титана, алюминия и железа находятся в шламе в виде гидроксидов [10, 18-23]. Для изучения возможности использования титанового шлама в качестве сырья для получения коагулянтов проанализирован состав водных и кислотных вытяжек из шлама. Водные вытяжки содержали незначительное количество ионов титана, алюминия и железа. Анализ кислотных вытяжек показал, что, наряду с полезными для процесса коагуляции ионами Al, Fe, Ca и Ti, присутствуют ионы F, которые необходимо выделить перед получением коагулянта. На основе анализа вышеприведенных данных в дальнейших исследованиях использовали для получения коагулянта шлам, отобранный из отстойника и в точке сброса осадка в шламонакопитель, поскольку в них наблюдалось максимальное содержание ионов титана, а также алюминия и железа. Рабочие растворы реагентов для анализа в лаборатории были приготовлены следующим образом: 1)титаносодержащий шлам, отобранный из отстойника и обработанный серной кислотой (ШОТСТ+ Н2SO4); 2)титаносодержащий шлам, отобранный в точке сброса и обработанный серной кислотой (ШТ. СБР + Н2SO4); 3) раствор (1), обработанный раствором щелочи (КОН) до появления осадка (ШОТСТ. + Н2SO4 + Щ ); 4) раствор (2), обработанный раствором щелочи (КОН) до появления осадка (ШТ. СБР. + Н2SO4 + Щ); Показатели состава реагентов, приготовленных в соответствии с пп. 1 и 2, приведены в табл. 1, пп. 2 и 3 - в табл. 2. На основании анализа данных табл. 1 и 2 следует, что при повышении рН раствора реагента титан выпадает в осадок, при этом практически все фториды остаются в растворе. Таким образом, выделение титана в виде гидроксидов и отделение их от технологически сопутствующих фторидов можно осуществлять нейтрализацией продуктов кислотных вытяжек из шлама до рН 5 - 6,5 с последующим использованием осадка в качестве реагента. Для исследования коагулирующих свойств титаносодержащего реагента была проведена пробная коагуляция производственных сточных вод. Для пробной коагуляции реагенты были приготовлены следующим образом: ШОТСТ12 - шлам из отстойника (10 мл) + H2SO4 (20 мл) механически перемешивали 20 мин, затем доводили водопроводной водой до отметки 0,5 л, после подщелачивали КОН до выпадения осадка (рН=11,63). Далее осадок отделяли от жидкости отстаиванием и фильтрованием, затем растворяли в серной кислоте до получения рН раствора 2,02, при котором произошло полное растворение осадка. При этом осадок состоял из мелких хлопьев, рыхлый, с желтоватым оттенком и занимал 1/5 объема. ШОТСТ22 - шлам из отстойника (20 мл) + H2SO4 (30 мл) выдерживали при механическом перемешивании 20 мин, затем доводили водой до отметки 0,5 л, после подщелачивали КОН до выпадения осадка (рН=3,85), который отделяли от воды и дозировали в обрабатываемую сточную воду. ШТ. СБР 12 - шлам в точке сброса (10 г) + H2SO4 (20 мл) выдерживали при механическом перемешивании 20 мин, доводили водой до отметки 0,5 л; затем подщелачивали КОН до появления хлопьев (рН-11,63), после чего добавляли серную кислоту до растворения осадка, рН - 1,77. Объем осадка - 1/2 от объема пробы. ШТ. СБР 22 - шлам в точке сброса (20 г) + H2SO4 (30 мл) выдерживали при механическом перемешивании 20 мин, доводили водой до отметки 0,5 л; затем подщелачивали КОН до появления хлопьев, рН-8,05, отделяли от воды, после чего дозировали в обрабатываемые сточные воды. Исходная вода - химически загрязненные производственные сточные воды завода «Ростсельмаш», г. Ростов-на-Дону. Пробное коагулирование проводили следующим образом: в цилиндры объемом 1 л наливали исходную воду, дозировали коагулянты, затем в течение 2 мин осуществляли «быстрое» перемешивание, 8 мин - «медленное» перемешивание, отстаивали жидкость в течение 30 мин. Эффективность процесса коагуляции оценивали по прозрачности воды, определенной по шрифту Снеллена. Результаты исследований приведены в табл. 3. Хлопьеобразование наблюдалось во всех пробах, хлопья мелкие, медленно оседают, за исключением ШТ. СБР 12 с дозами 10 и 20 мг Ti, где хлопья были более крупные, часть хлопьев находилось во взвешенном состоянии во всех пробах. Введение ПАА дозой 1,5 мг/л во всех случаях увеличивало прозрачность обработанной пробы на 2-3 см. Эффективность действия приготовленных титановых коагулянтов сравнивали с широко применяемым коагулянтом «Аква-АуратТМ30». Показатели эффективности «Аква-АуратаТМ30 » и коагулянтов на основе шлама титана в сравниваемых условиях весьма близки (таблица 3), что указывает на принципиальную применимость титановых коагулянтов для сточных вод данного состава. Следует отметить, что наилучшими коагулирующими свойствами обладает титановый шлам, полученный в месте его непосредственного образования, т. е. из отстойника локальных очистных сооружений. Это, по существу, подтверждает известный теоретический и практический вывод о том, что свежеприготовленный коагулянт более эффективен, чем «старый» (образование олл - мостиков, гелеобразование и, как следствие, уменьшение поверхностной энергии коагулянтов). Причем коагулянт, полученный по технологии ШОТСТ 12 , более эффективен, чем по ШОТСТ 22. Данный факт можно объяснить тем, что при приготовлении реагента ШОТСТ 12 осадок в виде гидроксидов титана растворяли в серной кислоте, а значит гидроксид титана переводили в сульфат титана, что и объясняет его более эффективное действие. Для лучшего варианта по прозрачности 15 см (ШОТСТ 12, доза 20 мг/л) были определены остаточные концентрации компонентов шлама в очищенной воде (табл. 4). На следующем этапе производили исследования эффективности очистки производственных сточных вод модельными растворами реагентов, приготовленных по технологии, приведенной в п.1, с механическим диспергированием коагулянтов. Диспергирование смесей проводилось на установке «Термомикс» с насадкой в течение 3 мин при 3000 мин-1. Хлопьеобразование наблюдалось во всех пробах, хлопья крупные. Можно отметить большую эффективность реагентов из титанового шлама по сравнению с «Аква-АуратТМ 30», а также влияние рН на осаждение взвешенных веществ. При добавлении флокулянта ВПК-402 наблюдалось укрупнение хлопьев и осветление, причем более эффективно при совместном диспергировании титана и ВПК. Вывод. Полученные результаты указывают на возможность применения отхода, содержащего ионы титана для первичной физико-химической очистки производственных сточных вод с последующей их доочисткой.

Об авторах

Лариса Гурамовна СПИРИДОНОВА

ООО «Акватрат»

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы