Состав, свойства и применение коагулирующе-флокулирующих композиций на основе полиоксихлорида алюминия при очистке сточных вод

На правах рукописи

пашкеева ольга александровна

СОСТАВ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ КОАГУЛИРУЮЩЕ-ФЛОКУЛИРУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ

ПОЛИОКСИХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ

ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД

05.23.04.- водоснабжение, канализация, строительные системы

охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2011 г.

Работа выполнена в Открытом Акционерном Обществе Ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ОАО «НИИ ВОДГЕО»)

Научный руководитель

Доктор технических наук Гандурина Людмила Васильевна

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук,

профессор Кручинина Наталия Евгеньевна

Кандидат технических наук Верещагина Лидия Михайловна

Ведущая организация: ОАО «АУРАТ», г. Москва

Защита состоится «18» мая 2011 г. в «11-00» на заседании диссертационного совета Д 303.004.01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО» (119048, г. Москва, Комсомольский проспект, 42, стр. 2).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба направлять по адресу: 119048, г. Москва, Комсомольский проспект, 42, стр. 2, диссертационный совет Д 303.004.01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО»

Автореферат разослан « » 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Ю.В.Кедров

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время наибольшее применение в технологических схемах коагуляционной очистки природных и сточных вод находят коагулянты в сочетании с флокулянтами, что позволяет использовать достоинства и преимущества этих двух групп реагентов. Однако при применении двух или трех (включая корректировку рН) реагентов усложняется реагентное хозяйство, появляются дополнительные затраты на эксплуатацию очистных сооружений, доля которых возрастает с уменьшением производительности очистных сооружений.

Альтернативной группой реагентов являются коагулирующе-флокули-рующие композиции (КФК), которые одновременно выполняют функции коагулянта и флокулянта. Применение коагулирующе-флокулирующих композиций позволит упростить технологическую схему за счет уменьшения количества подаваемых реагентов, сократить расходы на реагенты, увеличить эффективность очистки воды без дополнительных капитальных затрат.

Особую актуальность приобретает использование композиционных реагентов для локальной очистки небольших объемов сильнозагрязненных, многокомпонентных сточных вод отдельных цехов и предприятий малого бизнеса, образующихся от промывки оборудования при производстве и применении красителей, водоэмульсионных полимеров и лакокрасочных материалов (ЛКМ) в связи с простотой метода и возможностью удаления из воды основной массы загрязнений.

Имеющие литературные и патентные исследования в области разработки и применения КФК не позволяют однозначно оценить влияние компонентного и количественного состава на эффективность их применения при очистке воды, а также сравнить с эффективностью совместного применения коагулянтов и флокулянтов, взятых для их приготовления.

В этой связи, изучение эффективности очистки сточных вод с применением коагулирующе-флокулирующих композиций в зависимости от их компонентного и количественного состава, физико-химических характеристик является актуальным и перспективным направлением.

В нашей стране работы по разработке, исследованию и внедрению композиционных реагентов для коагуляционной очистки воды в разные годы проводились Шабельским В.А., Мягченковым В.А., Захаровым В.И., Кручининой Н.Е., Гетманцевым С.В., Сычевым А.В., Новаковым И.А., Радченко С.С., Дрябиной С.С. и др.

Настоящая диссертационная работа является продолжением многолетних исследований по изучению коагулирующих свойств смешанных органо-минеральных реагентов серии ЛКР на основе сульфата алюминия, которые осуществлялись в НИИ ВОДГЕО.

Цель диссертационной работы и задачи исследований.

Целью данной работы является изучение влияния компонентного и количественного состава коагулирующе-флокулирующих композиций на основе полиоксихлорида алюминия и катионных флокулянтов на их физико-химические и коагулирующие свойства и сравнение с эффективностью совместного применения коагулянтов и флокулянтов при очистке сточных вод.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-провести анализ имеющихся литературных данных по видам, характеристикам композиционных реагентов, механизму их действия, оценить эффективность применения коагулирующе-флокулирующих композиций в процессах очистки воды;

-обосновать выбор компонентов, разработать рецептуры и способы получения жидких и порошковых композиций на основе полиоксихлорида алюминия и флокулянтов серии Праестол;

-изучить влияние компонентного и количественного состава разработанных коагулирующе-флокулирующих композиций на свойства их водных растворов;

-оценить влияние состава коагулирующе-флокулирующих композиций на эффективность их применения при очистке сточных вод от лакокрасочных материалов, красителей, нефтепродуктов;

-сравнить эффективность совместного применения коагулянтов и флокулянтов и коагулирующе-флокулирующих композиций на их основе.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

-научно обоснован компонентный и определен количественный состав жидких и порошковых коагулирующе-флокулирующих композиций, который включает жидкий или порошковый полиоксихлорид алюминия марки АКВА-АУРАТ с концентрацией соответственно 8,5 % и 30 % и высокомолекулярные катионные флокулянты марки Праестол с максимальной концентрацией 0,95 % для жидких и 3,5 % для порошковых композиций.

-экспериментально определено влияние компонентного и количественного состава композиционных реагентов, сроков хранения на свойства их водных растворов и эффективность использования при очистке сточных вод разных видов. Установлено, что с увеличением количества катионных групп в макромолекулах флокулянта происходит уменьшение вязкости водных растворов композиционного реагента с одновременным уменьшением его эффективности при очистке сточных вод. Более высокой эффективностью обладают жидкие коагулирующе-флокулирующие композиции на основе полиоксихлорида алюминия и Праестола 611 при массовом соотношении коагулянт/флокулянт, равном 1:9.

-на основе механизма меж- и внутримолекулярных взаимодействий в растворах композиционных реагентов, приводящих к образованию алюминий-полимерных комплексов, научно обоснована и экспериментально подтверждена более высокая эффективность композиционных реагентов, включающих слабоосновный катионный флокулянт;

-экспериментально установлена более высокая коагулирующая и меньшая флокулирующая способность коагулирующе-флокулирующих композиций по сравнению с самостоятельным применением коагулянта и флокулянта в процессах очистки воды.

Практическая значимость работы.

Разработаны рецептуры и способы получения жидких и порошковых коагулирующе-флокулирующих композиций «МОФ» на основе полиоксихлорида алюминия марок Аква-Аурат 18 и Аква-Аурат 30 и катионных флокулянтов Праестол.

Показана высокая эффективность применения жидких МОФ для интенсификации очистки сточных вод от лакокрасочных материалов, красителей.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением стандартных методик исследований и определения показателей качества воды, и подтверждается сходимостью результатов и найденных зависимостей, полученных в параллельных экспериментах и при очистке однотипных сточных вод, статистической обработкой результатов.

Реализация результатов исследований

По результатам исследований разработан технологический регламент и внедрена технология локальной коагуляционно-флокуляционной очистки промывных сточных вод производства акриловых вододисперсионных лакокрасочных материалов ООО НПП “Теплохим” (г. Москва).

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались на международной научно - практической конференции “Техновод-2005” (г. Казань) и на 7-ом Международном конгрессе «ЭКВАТЕК-2006» (г. Москва).

По теме диссертации имеется 6 публикаций, в том числе одна в журнале «Водоснабжение и канализация», входящий в перечень ВАК, в которых отражены основные положения и выводы диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 175 страниц состоит из введения, 4 глав, содержит 37 таблиц, 55 рисунков и 2 приложения. Список литературы включает 144 наименования отечественных и зарубежных работ.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и дается общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрено состояние проблемы очистки воды композиционными реагентами. Представлена номенклатура, характеристики и состав современных композиционных реагентов, проанализированы достижения в исследовании механизма и эффективности использования композиционных реагентов при очистке вод разных типов. На основании анализа проблем очистки природных и сточных вод известными коагулирующе-флокулирующими реагентами определены цели и задачи исследований.

Показано, что наиболее перспективным и недостаточно изученным направлением в области интенсификации коагуляционной очистки сточных вод, является разработка и применение бинарных коагулирующе-флокулирующих композиций (КФК), которые могут заменить коагулянт и флокулянт при их совместном и раздельном использовании и соответственно упростить процесс очистки и увеличить степень извлечения загрязнений. Свойства и эффективность применения коагулирующе-флокулирующих композиций зависят от характеристик составляющих ее компонентов и продуктов их химического взаимодействия.

Несмотря на большое количество запатентованных коагулирующе-флокулирующих композиций, недостаточно внимания уделяется изучению механизма их действия, взаимосвязи количественного и качественного состава и эффективности их применения при очистке различных типов сточных вод по сравнению с использованием отдельных компонентов и их сочетаний. Состав товарных марок КФК обычно не раскрывается, что также не позволяет оценить их преимущества по сравнению с использованием традиционных коагулянтов и флокулянтов в процессах очистки воды и требует проведения дополнительных исследований. Все это значительно сдерживает широкое внедрение данной группы реагентов для коагуляционной очистки сточных вод. В этой связи цель работы заключалась в изучении влияния компонентного и количественного состава новых коагулирующе-флокулирующих композиций на их физико-химические свойства и эффективность применения при очистке сточных вод разных видов.

Во второй главе представлены методики исследований, характеристики использованных коагулянтов, катионных флокулянтов, полученных на их основе коагулирующе-флокулирующих композиций «МОФ», а также модельных и реальных сточных вод, содержащих различные виды загрязнений.

В процессе исследований были использованы аналитические, спектроскопические, вискозиметрические и весовые методы, позволяющие сравнить коагулирующие и физико-химические свойства отдельных коагулянтов, флокулянтов и коагулирующе-флокулирующих композиций на их основе.

Из коагулянтов были выбраны среднеосновные полиоксихлориды алюминия (ПОХА) в жидкой (Аква-Аурат 18) и порошковой форме (Аква-Аурат 30) производства ОАО «АУРАТ». В водных растворах молекулы ПОХА находятся в виде растворимых полимерных гидроксокомплексов, обладающих высокой коагулирующей способностью.

Из флокулянтов применяли отечественные высокомолекулярные порошковые катионные флокулянты, серии Праестол (ТУ 2216-001-40910172-98) фирмы ООО«Дегусса Евразия» на основе акриламида, отличающиеся молекулярной массой и содержанием катионных групп (таблица 1), что позволило варьировать свойства КФК на их основе.

Таблица 1 - Характеристика флокулянтов Праестол

Наименование	Товарный вид	Содержание основного вещества, %	Прибл. молекулярный вес, млн.	Тип флокулянта (содержание катионных групп,%)	прив 1,7% водных растворов, дл/г*
Pr 611 ВС (Пр 611)	Порошок белого цвета	100	6	Слабо катионный (10)	32
Pr 650 TR (Пр 650)	Порошок белого цвета	100	6	Средне катионный (50)	40
Pr 644 ВС (Пр 644)	Порошок белого цвета	100	6	Сильно катионный (75)	45
Pr 851 ВС (Пр 851)	Порошок белого цвета	100	9	Слабо катионный (10)	156
Pr 852 ВС (Пр 852 )	Порошок белого цвета	100	9	Средне катионный (50)	145
Pr 853 ВС (Пр 853)	Порошок белого цвета	100	9	Сильно катионный (75)	115

* -экспериментальные данные

Данные флокулянты относятся к гибкоцепным линейным полимерам, которые в растворах находятся в форме беспорядочно свернутых клубков. В разбавленных водных растворах благодаря ионизации одноименно-заряженных катионных групп между мономерными звеньями возникают силы электростатического отталкивания, которые возрастают с увеличением количества катионных групп в макромолекулах флокулянта, что приводит к увеличению размеров макромолекул.

Из композиционных реагентов были исследованы разработанные в рамках выполнения данной работы КФК на основе ПОХА и флокулянтов Праестол, названных «МОФ», а также КФК серии «СКИФ» производства ОАО «АУРАТ».

Эффективность применения КФК исследовалась при коагуляционной очистке модельных и реальных сточных вод, отличающихся содержанием и природой дисперсных загрязнений. К ним относятся сточные воды от производства и применения водоэмульсионных лакокрасочных материалов с концентрацией нерастворимых загрязнений до 30 г/л, красильные промывные сточные воды печатного производства, характеризующиеся высокой цветностью до 1:1250 (по разбавлению) и нефтесодержащие стоки с концентрацией нефтепродуктов до 200 мг/л.

В третьей главе обоснован качественный и количественный состав коагулирующе-флокулирующих композиций, названных «МОФ», предложены рецептуры и способы их получения, а также представлены результаты по изучению свойств жидких МОФ в зависимости от соотношения исходных компонентов, характеристик входящего в состав МОФ флокулянта, концентрации и времени хранения товарных МОФ.

При выборе компонентов для коагулирующе-флокулирующих композиций ориентировались на их доступность, эффективность и товарные характеристики. Жидкие МОФ были получены на основе жидкого 17%-го Аква-Аурат18 (по Аl2O3), порошковые - на основе порошкового 30%-го Аква-Аурат 30 (таблица 2). Интервал соотношений коагулянт/флокулянт (к/фл) в товарных композициях МОФ был выбран в пределах от 9 до 50 на основе анализа литературных данных и экспериментальных результатов по изучению используемых при очистке природных и сточных вод отношений реагентов, соответствующих оптимальным дозам коагулянта и флокулянта при их совместном применении.

Таблица 2 - Компонентный состав композиций МОФ

Наименование	Компоненты
	коагулянт	катионный флокулянт
МОФ-1 Жидкий МОФ-1П Порошковый	Аква-Аурат 18 Аква-Аурат 30	Праестол 611 -«-
МОФ-2 Жидкий МОФ-2П Порошковый	Аква-Аурат 18 Аква-Аурат 30	Праестол 644 -«-
МОФ-3 Жидкий МОФ-3П Порошковый	Аква-Аурат 18 Аква-Аурат 30	Праестол 650 -«-
МОФ-4 Жидкий МОФ-4П Порошковый	Аква-Аурат 18 Аква-Аурат 30	Праестол 852 -«-
МОФ-5 Жидкий МОФ-5П Порошковый	Аква-Аурат 18 Аква-Аурат 30	Праестол 853 -«-
МОФ-6 Жидкий МОФ-6П Порошковый	Аква-Аурат 18 Аква-Аурат 30	Праестол 851 -«-