Спосіб отримання коагулянта із шламів водоочистки

A МКИ 6 С 02 В 1/18, F1/52 СПОСІБ ОТРИМАННЯ КОАГУЛЯНТА ІЗ ШЛАМІВ ВОДООЧИСТКИ Винахід відносить ся до області хімічної технології обробки водних розчинів, наприклад, очистки природних і стічних вод хімічними способами з використанням коагуляції з флокуляцією для осаджування мінераль них і органічних домішок, адсорбованних на гідроокисах. Здатність солей багатовалентних металів, зокрема алюмінія і заліза, гідролізувати і утворювати малорозчинні осади гідроокисів, які можуть бути розчинені силь ними кислотами, в хімії загальновідоме і нині не підлягає сумніву /И.И.Жуков, "Пособие по колло идной химии", Л.,1949; Н.С Ахметов, "Неорганическая химия", ч.П, Казань, 1966, тощо/. Встановлено, що розчинення осаду гідроокису проходить стадії гель-зольрозчин, кожну з яких можна розглядати як самостійний хімічний процесіз своїми вихідними і кінцевими продуктами /Д.Г.Кнере, Н.М.Эмануэль, «Курс химической кинетики», М , 1969/. Відомий спосіб одержання коагулянта з осаду водоочистки, який полягає в тому, що осад обробляють мінеральною кислотою, взятою в кількості 80-90% від стехіометрії гідроокису, а для запобігання загноювання одержанного коагулянта органічні речовини, вміщені в осаді, окиснюються /В А,Клячко, «Регенерація коагулянта водоочистных станций», Водосн И сант, №8, 1940/. Одержаний таким способом коагулянт має низьку активність після прокалювання, здатний до загнивання, потребує значних витрат. Ці недоліки усунені при регенерації осаду способом а с.№842040 //СССР, а.с. №842040, кл С 02 F 1/52, 1979/. Спосіб полягає в обробці шламу водоочистки мінеральною кислотою до моменту переходу геля гідроокису із золя в розчин Точку переходу визначають по третій сходинці потенціометричного, або кондуктометричного титрування. Отриманими коагулянт відокремлюють від нерозчиненого осаду і обробляють сильними окислювачами, наприклад, хлором, озоном, перекисом водню, знебарвлюючи. Недоліки способу полягають в тому, що коагулянт накопичує небажані аніони, в коагулянт переходять в великій кількості органічні речовини. Метою винаходу є інтенсифікація процесу регенерації, підвищення чистоти коагулянта шляхом зниження в ньому кислотонерозчинних органічних речовин, витрат реагентів. Для досягнення поставленної мети запропонований спосіб отримання коагулянта із шламів водоочистки шляхом регенерації шлама, послідовної обробки підібраних мінеральних кислот, вибраних з ряду HF, H2SO4, H2S2O4i H2SO3l НСІ, НСІО4і НСЮ, НСЮ2, HBr, HI, HIO3 , H3 IO6, з перемішуванням при кожному додаванні кислоти протягом 1-2, причому спочатку обробляють кіль кістю кислоти до точки розрихлення 1 переходу геля в золь , що контролюється ефектом Фарадея-Тіндаля, наприклад, за фіг 1 до РН=4,3, в першій камері регенератора, а потім ця суміш переходить в камеру другу і обробляється другою або цією ж кислотою до третьої сходинки кривої обох етапах регенерації не перевищувала 0,8 еквівалента вмісту гідроокису в осаді/фіП ,2/. Відмінною особливістю способу полягає в тому, що заявлена послідовність обробки шлама мінеральними кислотами по запропонованому нами ряду кислот дозволяє інтенсифіціровать процес регенерації, проводить глибше процес переходу шлама-коагулянта в золь , підвищити чистоту коагулянта, і його коагулюючи властивості, крім того з'явилась можливість конценрувати лікавальні іони фтора, йода, брома, тощо. Порвняльні результати регенерації шламів водоочистки з допомогою мінеральних кислот приведені в таблиці 1,2,3,4. Приклад Досліди проводились в ІКХХВ АН УРСР, НДКТІ МЖКХ УРСР. Шламкоагулянт, взятий піс ля обезфторювання глиноземом шт уч но приготовленої води з вмістом 4,5мг/лфтора з лужністю 4 мг-екв/л, кольоровість 40*, мутність 2 мг/л, регенерували плавиковою кислотою /міцність 40% HF/до першого порогу регенерації. Для визначення першого порога-сходинки регенерації 250 мл. шлама-коагулянта після 3-х годин відстою піддали потенціометричному титруванню 0.2н розчином сірчаної кислоти. Перший поріг регенерації відповідав РН=4,2. Фтористоводнева кислота зберігалась в посуді з полуетилена. Регенерацію проводили в скляній посуді, попередньо покритій шаром парафіну. Для досягнення РН=4,2 потрібно було 0,3 5мг-екв/л HF по відношенню до гідроокису алюмінія в шламі-коагулянті. Після 1,5хв. Змішування в суміш коагулянта додали 0,2н розчин сірчаної кислоти до получения золя коагулянта і початку розчинення, чому відповідало РН=3,4 потенціометричного титрування. Отриманий коагулянт по кривій відокремили від кислотонерозчинних речовин центрифугуванням протягом 60хв. При факторі розділу Ffl=2000.Всього витратили 0,75 еквівалента до гідроокису коагулянта. Коагулюючі властивості коагулянта перевіряли на воді : мутність 42 мг/л, кольоровість 87*, оптична густина 0,476, лужність 3,2 мг-екв/л, фтор 0,2 мг/л. Для порівняння якості очистки застосовували коагулянти: глинозем, регенерований коагулянт із шламу після обезфторювання води і обробки окислювачами. Результати дослідві приведені в табл.1,2,3,4, фіг.1,2. поверхневому шарі колоїдних частинок, через те нами рекомендуєть ся проводити контроль за процесом регенерації шляхом вимірювання РН або електропровідності регенераційного шлама-коагулянта, характерні сполуки в шламах можуть бути виявлені по ЗМІНІ кута нахилу на кривій потенціометричного або кондуктометричного титрування На витрату к ис лоти д ля регенерації і на виз начення РН або електропровідності розчину значно впливає солевий вміст реакційної маси, про що ми вже згадували Нами встановлено, що збіль шує КІЛЬКІСТЬ КИСЛОТИ на регенерацію юн лужності води НСО3', осади в Са2+-формі, юн SO42 /особливо впливає на витрату соляної при регенерації осаду, одержаного з хлористих солей/ Наявність мінеральної зависі в осаді-шламі сприяє поліпшенню процеса регенерації, флокулянти не погіршують процес регенерації Процент переходу органічних речовин в цільовий продукт регенерації /новоутворений коагулянт/ залежить від типу кислоти при регенерації, концентрації кислоти В СВІТОВ ІЙ практиці регенерацію проводять сірчаною кислотою, рідше соляною Сірчана кислота представляє собою сильну кислоту, трохи поступаючу по силі тільки галогеноводневим кислотам НСІ, HBr, HI HF - кислота середнь ої сили Особливість ґі полягає в нездатності F окислюватись під дією ХІМІЧНИХ реагентів до F2, бо фтор є найбіль ш сильним із всіх відомих окислювачів При регенерації шлама сірчаною кислотою суміш поповнюється небажаними SO42 йонами, тому в запропонованому способі регенерації рекомендується процес регенерації проводити обробкою послідовно двома кислотами-першою кислотою до першої сходинки на кривій титрування, розпушення і початок переходу геля в золь, чому відповідає доза кислоти 0,15-0,25 еквівалента від гідроокису в реакції Ця суміш придатна для використання як коагулянт в деяких випадках Першу кислоту обирають по технологічним причинам в кожному окремому випадку, наприклад, збагачення води іонами фтору, або йод-юнами, або бром-юнами, то що Далі, після змішування протягом 1-2 хвилин, подають в другу камеру, в яку додають решту дози кислоти з змішуванням 1-2 хвилини до третьої сходинки кривої титрування, яка відповідає моменту переходу золя в розчин, кислоту другу вибирають із ряда приведеного вище, згідно умов регенерації, або загаль ноприйняту соляну чи сірчану кислоту, щоб сумарна К ІЛЬКІСТЬ КИСЛОТИ В титрування, наприклад, до РН=3,5 за фіг.2, до точки початку переходу золя в розчин. Як показали досліди /М.І.Донцова, дисертація к.т.н., 1973/ на кінетику процесу регенерації впливають багаточисленні фізико-хімічні фактори/ "вік" осаду, процентне співвідношення компонентів, час контакту, склад домішок і т.п./. Наприклад, підвищення Са2+, Мд2+ розширює інтервал оптимальних значень РН процесу коагуляції в сторону біль ш високих значень, зміна Na+ справляє значний ефект, підвищення концентрації SO42 ~ погіршує ефективність зниження органічних речовин, підвищення концентрації СІ" справляє малий ефект. Одержання комплексів залежить від аніонів; NO3" - справляє малий влив навіть при великих концентраціях, сульфатні комплекси стійкі, але з підвищенням РН відбувається заміщення SO 4 2 ' на ОН' з помітною зміною властивостей комплексів, фосфати проявляють сильнолужні властивості, з АІ3+, чим на йони алюмінатів, як одержуємо по нашому способу регенерації. Основний хлорид алюмінію має перевагу перед AI2(SO4h, не змінює РН і лужність вихідної води, не потребує попереднього підлужнення, при висококольоровості води дає менше залишкового АІ3+ в фільтраті, подовжує фільтроцикл при водоочистці. Характерно, що зменшення витрат кислоти на регенерацію обезводнених шламів, мабуть, є не наслідком скорочення втрат її на нейтролізацію лужності межміцелярного розчину, а наслідком кристалізації гідроокису в резуль таті зближення індивідуаль них часток на значні відстані в процесі обезводнення, так як кількості кислоти, витраченого на титрування обезводненого шлама біль ше сумарної кількості, витраченої зокрема на титрування обезводненого шлама і виділеного з нього міцелярного розчину, таким чином, з метою одержання найбіль ш активних коагулянтів / в вигляді оксиселей/ процес регенерації необхідно проводить в розчинах певної оптимальної вологості, що можно досягти за рахунок регенерації шламів, взяти відразу ж після формування в спорудах по спливу не пізніше 5 /п'яти/ годин після осадження, зменшуючи час відліку шлама. Враховуючи, що присутність високих коагулюючих властивостей в продуктах регенерації при незначному вмісту в них повних солей обумовлюється значенням поверхневої енергії колоїдних розчинів і як наслідок цього, термодинамічної нестійкості і схиль ності до коагуляції, величина віль ної поверхневої енергії до того ж є функцією концентрації водневих іонів в Експерименталь ні дані показують, що при регенерації плавиковою кислотою коагулянт збагачує вихідну воду фтором, що дозволяє скоротити витрати реагентів при фторуванні води і дає можливість накопичувати фтор при обезфторюванні води для використання концентрату в районах де необхідно фторувати воду, значно краще обезбарвити воду-показник вмісту органічних речовин, скорочує витрати реагентів для окислення і стабілізацій. Витрати кислоти залежать від фізико-хімічного складу води і умов утворення осаду, тобто, на різних стадіях водоочистки при одних і тих же дозах коагулянта для регенерації осаду знадобиться різна кіль кість пептизаторакислоти. Золевому стану гідроокису при рекуперації з осаду відповідає нижня точка гідроутворення /для гідроокису алюмінія РН=3,3-3,1, а для гідроокису заліза РН=2,5-2/. Після нижньої точки гідроутворення з'являються вільні іони в розчині. "Але якщо осад-гель висушить, то окремі частинки дотикаються одне одного, і тоді пептизація розведеними розчинами лугу, чи кислоти стає неможливим і необхідно переходить до енергійного хімічного впливу концентрованими реактивами, щоб обхідним шляхом, через хімічне сполучення, знову получити золь". Так для пептизації "свіжих" осадів із споруд ДВС №1 досить всього лише розчин 0,15н сірчаної кислоти, які утворюють нерозчинні солі або кислоти з раза менше, ніж по способу світовоприйнятому. багатовалентним аніоном, діючих сильнокоагулююче на електропозитивний золь, що утворився /правило значності/. Органічні речовини в утвореному коагулянті знаходяться в зв'язаному стані, тому легко випадають в осад. Установлено, що вартість коагулянта по запропонованому способу в 1,25 раза менша, за вартість коагулянта по світовоприйнятому способу. А ___-„ _ Спосіб отримання коагулянта із шламів-коагулянтів водоочистки І & I > ч 4^ I 1 I I S T I ' I 0" О t і '^: T~ 2. Крж»а М І Донцова М І Медведев Л.А Кульський П В Ткачук М В Глоба О В Донцова С В Дроздович Спосіб отримання коагулянта із шламів-коагулянтів = 4, з водоочистки />" * = 2,* * 3, 0 М.І.Донцова М. І. Медведев Л.А Кульськии П.В.Ткачук М.В.Глоба О.В.Донцова С.В.Дроздович