Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 6
1.1. Теоретические основы процессов коагуляции и флокуляции в системах с участием сульфата алюминия и кремниевой кислоты 6
1.2. Получение сульфата алюминия и активной кремниевой кислоты 41
1.3. Алюмосиликаты - сырье для получения алюмокремниевых флокулянтов-коагулянтов (АКФК) 45
1.3.1. Нефелинсодержащее сырье 46
1.3.2. Бокситы и каолины в производстве коагулянтов 54
1.3.3. Производство коагулянтов из промышленных отходов 58
1.3.4. Синтез флокулянтов-коагулянтов 61
1.4. Коагулянты и флокулянты в очистке сточных вод пищевой промышленности 62
2. Экспериментальная часть 67
2.1. Методы анализа 67
2.2. Статистическая обработка полученных результатов 68
2.3. Приготовление растворов АКФК 70
3. Эффективность растворов АКФК при осветлении, обезжелезивании и обесцвечивании воды 79
4. Очистка сточных вод пищевых производств 93
4.1. Очистка сточных вод молочных производств 93
4.2. Очистка сточных вод пивоваренного производства 105
5. Математическое моделирование кислородного баланса реки Мегеч 110
6. Оценка экономической эффективности использования АКФК для очистки сточных вод пивоваренного завода 114
Выводы 119
Список литературы 121
Приложения
- Получение сульфата алюминия и активной кремниевой кислоты
- Бокситы и каолины в производстве коагулянтов
- Статистическая обработка полученных результатов
- Эффективность растворов АКФК при осветлении, обезжелезивании и обесцвечивании воды
Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Проблемы водоподготовки и водоочистки усугубляются постоянным ростом водопотребления и повышением требований к качеству воды. В промышленных масштабах часто используются реагентные методы, основанные на использовании коагулянтов (флокулянтов) различной природы. До настоящего времени наиболее широко в качестве коагулянтов используются сульфат (СА) и гидроксохлорид алюминия (ГОХ), а в качестве флокулянта - полиакриламид и его производные.
Производство этих реагентов достаточно дорого, а потому поиск новых дешевых и эффективных коагулянтов и флокулянтов по-прежнему актуален. Такими реагентами могут стать жидкие флокулянты-коагулянты, полученные разложением алюмосиликатного сырья серной кислотой. В состав алюмокремниевых флокулянтов-коагулянтов (АКФК) входят соединения алюминия и активная кремниевая кислота (АК), сочетающие свойства коагулянта и флокулянта, что обеспечивает универсальность данного реагента при очистке сточных вод различного происхождения. Перспективным представляется производство растворов АКФК непосредственно на месте их потребления, используя запасы местного сырья: нефелины, уртиты, сиениты, каолины и т.д.
Цель работы. Разработка основ технологии производства растворов АКФК с использованием различного природного сырья и апробация полученных коагулянтов на модельных и реальных природных и сточных водах.
Научная новизна. Определены условия получения растворов АКФК на основе каолина, сиенитового концентрата, хвостов апатитовой флотации и уртита. Показано, что вскрытие каолина, в отличие от других видов сырья, следует проводить после его прокаливания при 600 С в течение 30 минут.
Исследована эффективность растворов АКФК в сравнении с СА и ГОХ в процессах водоподготовки и водоочистки на модельных и реальных природных и сточных водах. Показано, что совместное присутствие СА и АК в растворах АКФК интенсифицирует процессы водоочистки и обеспечивает универсальность этих реагентов в отношении различных типов загрязняющих веществ.
Обсуждены возможные механизмы очистки вод от ряда загрязняющих веществ композициями на основе СА и АК.
При помощи программы «Math.Lab7» проведен расчет концентрации растворенного кислорода в реке Мегеч после сброса в нее очищенных промышленных стоков пивного завода «Гондер Дашен». Показано, что при коагуляционной очистке стоков с использова-
4 ниєм АКФК на основе каолина следует ожидать допустимого уровня концентрации растворенного кислорода в реке.
Практическая значимость работы состоит в разработке основ технологии производства коагулянтов на основе различных видов алюмосиликатного сырья. Доказана перспективность использования растворов АКФК по сравнению с традиционно используемыми коагулянтами в процессах водоподготовки и водоочистки.
Полученный алюмокремниевый флокулянт-коагулянт на основе каолина испытан на реальных сточных водах пивного производства «Гондер Дашен» (г. Гондер, Эфиопия). Показана принципиальная возможность замены используемой в настоящее время на предприятии биологической технологии очистки сточных вод на коагуляционную. Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на 7-ом Международном конгрессе и технической выставке «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2006 (Москва, 2006). Проведены полупромышленные испытания очистки сточных вод на пивном заводе «Гондер Дашен».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части и обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит таблиц и рисунков. Список литературы включает наименований.
Получение сульфата алюминия и активной кремниевой кислоты
Основным методом производства очищенного СА в настоящее время является получение его из гидроксида алюминия - полупродукта в производстве глинозема, получаемого преимущественно из высококачественных бокситов щелочным способом Байера. Производство СА из его гидроксида [3] состоит из разложения гидроксида серной кислотой и кристаллизации образовавшегося продукта. В зависимости от рН реакционной среды могут образовываться либо кислый сульфат алюминия A1(HS04)3 - в случае избытка кислоты, либо основные сульфаты алюминия (AIOHXSO4), (Al(OH)2)(S04)2 - в случае ее недостатка. Образование кислых солей нежелательно, так как это приводит к повышенному содержанию свободной серной кислоты в продукте, тогда как в соответствии с требованиями ГОСТа оно не должно превышать 0,05 %. Сульфат алюминия получают в аппаратах периодического или непрерывного действия. По схеме периодического действия расчетные количества серной кислоты с концентрацией 92-93% и воды из мерников заливают в реактор, где они подогреваются острым паром до 100-105С, и куда затем загружают расчетное количество гидроксида алюминия. Длительность процесса разложения составляет до 1,5 часов. Нейтральный раствор СА, содержащий не более 0,5 % нерастворимого остатка, кристаллизуют на столах-кристаллизаторах или в других аппаратах.
Непрерывный процесс предусматривает взаимодействие суспензии гидроксида алюминия с серной кислотой в реакторе специальной конструкции, получение затем расплава сульфата алюминия, его обезвоживание и гранулирование. Гидроксид алюминия разлагают также серной кислотой во вращающихся автоклавах при 145-165С в течение 5-20 минут. Реакция завершается во вращающейся печи при 175-500С. При этом получают обезвоженный гранулированный СА. В случае получения жидкого коагулянта раствор СА, полученный по вышеописанным технологиям, разбавляют водой до содержания 7 % по А1203. В продукте допускается содержание нерастворимого остатка до 1 % и свободной серной кислоты до 0,1 %. Нерастворимый остаток отделяют на фильтр-прессе. Использование в качестве сырья для получения СА дорогостоящего и дефицитного гидроксида алюминия дорого. Поэтому перспективно получение этого продукта из дешевого и повсеместно распространенного алюминиевого сырья, например каолинов, низкокачественных бокситов, нефелинов, алунитов и др.[49]. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в разделе 1.3 литобзора. В процессах водоочистки и водоподготовки сульфат алюминия используется в виде растворов, что облегчает дозирование коагулянта и его смешение с обрабатываемой водой. Следовательно, в ряде случаев представляется целесообразным получение растворов сульфата алюминия. При этом отсут 43 ствие стадий кристаллизации и гранулирования существенно удешевляет стоимость производства коагулянта. Это подтверждается зарубежной практикой: лидеры мирового производства сульфата алюминия - США и Япония - выпускают продукт преимущественно в жидком виде. В нашей стране выпуск продукта в виде раствора составляет всего 3,5 - 5 % от общего объема. Однако совершенно очевидно, что смещение соотношения «себестоимость коагулянта - стоимость перевозки» в сторону транспортных расходов приведет в конечном итоге к удорожанию процесса водоочистки. Эти замечание тем более значимо, чем большие объемы воды подвергаются обработке коагулянтом и чем больше "плечо" перевозки. Учитывая вышесказанное, представляет интерес получение в качестве коагулянта растворов сульфата алюминия непосредственно в месте их потребления с использованием максимально приближенного источника сырья -алюминий содержащих руд или отходов и побочных продуктов других производств. Что касается АК, то она не является продуктом с определенными свойствами и не выпускается промышленностью. Растворы АК приготавливаются путем обработки жидкого натриевого стекла [203, 204] различными активирующими агентами непосредственно перед употреблением на месте применения. Активирующими агентами могут быть минеральные кислоты (серная, соляная и др.), хлор, углекислый и сернистый газ, кремнефтористый натрий, бикарбонат и бисульфат натрия и др. Согласно исследованиям [205, 206], кремнеземистый модуль, содержание Si02, вязкость исходного жидкого стекла не оказывают заметного влияния на флокулирующие свойства получаемых золей АК. Однако по экономическим и эксплуатационным соображениям предпочтительно применять жидкие стекла с модулем 3-3,4 (то есть с пониженным содержанием №гО), содержанием S1O2 28 - 30 % и минимальным содержанием коллоидного или взвешенного кремнезема [207, 208, 64]. Именно такие характеристики имеют промышленно выпускаемые в США и Англии жидкие стекла, специально предназначенные для получения флокулянтов.
Бокситы и каолины в производстве коагулянтов
Бокситы - горная порода, состоящая в основном из гидроксидов алюминия и железа с примесью алюмосиликатов, минералов титана и кальция и других примесей (магний, хром, ванадий, фосфор, галлий) в небольших количествах (табл. 1.5) [3].
Различные технологии предусматривают разложение боксита разбавленной 45-60%-ной серной кислотой при 135 - 200С в течение 45-120 минут. После отделения нерастворимых примесей отстаиванием осветленный раствор СА может использоваться непосредственно в водоочистке или после упаривания из него получают твердый продукт. При получении СА из бокситов товарный продукт содержит примеси железа, алюмосиликатов. Образующийся шлам, содержащий нерастворимые соединения кремния, не используется.
В глинах преобладают частицы менее 2 мкм, в каолинах - менее 5 мкм. В состав каолина могут входить глинистые минералы, полевые шпаты и слюда (иногда до 30-40%). В качестве примесей входят также кремнезем, диоксид титана, железо. Из районов, в которых частично разрабатываются крупные месторождения каолинов, можно отметить: Урал, Западную Сибирь, Красноярский, Вилюйский и Средне-Амурский районы, Прибайкалье и Приморье.
Для производства СА можно использовать обогащенные и необога-щенные каолины. В связи с большими объемами потребления обогащенного каолина целлюлозно-бумажной, керамической и другими отраслями промышленности возникают определенные трудности в обеспечении производства коагулянтов этим видом сырья. Поэтому более перспективно применение необогащенных каолинов, особенно получаемых в виде побочных продуктов в горнодобывающей промышленности.
Природный необожженный каолин трудно вскрывается серной кислотой. Разложением новоселицкого каолина при температуре кипения (104С) в течение 1 часа стехиометрическим количеством 10,5 %-ной серной кислоты в раствор извлекается около 12 % А1203. С увеличением концентрации кислоты до 50 % извлечение повышается до 60 %, а в случае 60 %-ной H2SO4 - до 87,3 %. Обычно с целью увеличения извлечения алюминия в раствор каолин подвергают дегидратирующему обжигу. Термохимические превращения каолинита можно представить следующими реакциями: Al2Si205(OH)4 t5-550c Al203.2Si02 +2Н2ОІ Al203.2Si02. 830 850с /-А12Ог + 2Si02 Ъ{у-А12Ог) + 2Si02 900с 3Al203.2Si02 До 450С каолинит практически не претерпевает химических превращений и степень извлечения оксида алюминия в раствор при его разложении стехиометрическим количеством 20 %-ной серной кислоты при 104С в течение 30 мин не превышает 2-3%.
В интервале 450-550С удаляется вода и образуется метакаолинит Ab03 2Si02, легко взаимодействующий с H2SO4. Степень извлечения А1203 в раствор резко повышается, достигая 90 % и более. При температуре обжига выше 850С наблюдается снижение извлечения А120з в раствор, что объясняется образованием трудно растворимых в кислоте у-А1203 и муллита.
С повышением температуры выщелачивания от 60 до 104С степень извлечения А1203 в раствор повышается от 14,8 до 92 %. Увеличивать температуру выше температуры кипения раствора (« 104С) нецелесообразно, так как это существенно усложнит аппаратурное оформление процесса. Изменение концентрации кислоты в пределах 15-40%о мало влияет на извлечение оксида алюминия (91,3 - 95,3 %), однако с увеличением концентрации кислоты содержание Si02 в растворе заметно понижается. Разработан способ получения СА из глин, когда необожженную глину обрабатывают раствором H2SO4 в автоклавах при 170-190С. Избыток кислоты в пульпе нейтрализуют обожженной глиной, затем реакционную массу сливают на кристаллизационный стол. Продукт содержит 7 % А1203 и 0,5 % Fe203 в виде сульфатов, 2 % свободной H2S04 и 37 % нерастворимого остатка. Во Франции предложен способ получения коагулянта из глин, содержащих 40 % А12Оз, путем спекания их с концентрированной серной кислотой во вращающейся печи при 500 С. В результате образуется безводный СА (22 % А1203) с высоким содержанием Si02. Большое количество нерастворимых примесей в продукте снижает производительность аппаратуры для отстаивания и фильтрования, усложняет процесс водоочистки, что ограничивает использование неочищенного СА в водоподготовке. Производство очищенного СА из каолинов в СССР было организовано в небольших количествах еще в 40-е годы. Сущность технологии [3] сводилась к обжигу сырья при 750-850С и разложению обожженного продукта 45-60 % раствором серной кислоты при температуре кипения. Пульпу разбавляли и фильтровали. Раствор упаривали и кристаллизовали СА. Трудность отделения сернокислого раствора от кремнеземистого шлама в процессе фильтрования требует применения дополнительных операций - разбавления, а затем упаривания, что сопряжено с усложнением технологической схемы и увеличением тепловых затрат. Кислота дозируется из расчета 95-97% стехиометрического количества. Температура сернокислотной экстракции 100-110С, длительность 1-1,5 часа. Кремнеземистый шлам содержит 70 % аморфного диоксида кремния, 8-12 % А120з, 0,4-0,5 % Fe203, до 5 % S03, 1-1,5 % Ті02, до 1 % K20+Na20. После сушки в барабанной печи его можно использовать в качестве добавки для производства высокопрочных цементов и керамических плиток.
Отходы глиноземного производства, так называемый белый шлам, содержат алюмосиликаты калия и натрия. На Гянджинском комбинате (Азербайджан) разработана технология получения твердого флокулянта-коагулянта, содержащего СА и АК, с использованием в качестве исходного сырья белого шлама, выбрасываемого в отвал в количестве 15-20 тыс. тонн в год [90, 91]. Белый шлам (гидроалюмосиликат-натрия-калия) в определенных условиях практически полностью разлагается в серной кислоте с получением раствора калиево-натриевых алюминиевых квасцов и АК. Химический состав белого шлама (%): Si02 - 37,3; А1203 - 25,4; Fe203 - 0,8; К20 -10;Na2O-10,4;SO3-6,l.
На основании проведенных лабораторных исследований разработана следующая технология получения флокулянта-коагулянта: в пульпу белого шлама в воде с содержанием твердого вещества 520-540 г/дм (Ж:Т=1,4-4,5) в шнековом сульфтизаторе вводится стехиометрическое количество серной кислоты. При этом в результате экзотермических реакций растворения сырья и разбавления концентрированной серной кислоты температура в суль-фатизаторе повышается до 120-150С. Время пребывания в сульфатизаторе составляет несколько минут, дозревание и твердение продукта происходит в течение нескольких суток на складе готовой продукции. Возможно гранулирование продукта. Максимальное извлечение в раствор составило (%): А1203 - 90; Si02 -70; Fe203 - 36. Полученный продукт представляет собой куски, состоящие из растворимой в воде смеси алюмо-калиево-натриевых квасцов, АК, сульфата железа и нерастворимого остатка (не более 10 %). На 1 т продукта расходуется 0,4 т белого шлама; 0,35 т 92%-ной серной кислоты. Содержание основных компонентов в полученном коагулянте (%): А1203 -10,0; Na20 - 8,6; К20 - 4,6; Fe203 - 0,09; H2S04 - 6. Авторы не контролировали содержание АК в продукте.
Полученный указанным методом флокулянт-коагулянт испытывали (в сравнении с СА) в отношении взвешенных веществ при содержании растворимого А1203 в опытном образце в 1,5 раза ниже, чем в СА. Авторы связали повышение активности коагулянта с наличием в нем АК, что и позволило отнести полученный ими продукт к флокулянтам-коагулянтам.
Изучены органолептические свойства воды до и после коагуляции (цветность, запах, прозрачность, мутность, вкус), токсичность коагулянта на экспериментальных животных в остром, подостром и хроническом опытах, определены санитарно-химические и санитарно-бактериологические показатели воды до и после коагуляции. Проведенные исследования позволили рекомендовать применение флокулянта-коагулянта в технологии очистки воды систем хозяйственно-питьевого водоснабжения.
В качестве дешевого сырья для производства СА можно использовать также шамотно-каолиновую пыль - улавливаемый в циклонах и электрофильтрах отход производства шамотных огнеупоров [50]. Эта пыль характеризуется высоким содержанием оксидов алюминия и кремния (табл. 1.7).
Статистическая обработка полученных результатов
Вскрытие проводили серной кислотой различной концентрации с тем, чтобы полученный раствор АКФК с одной стороны содержал достаточное количество активных компонентов (СА и АК), с другой - был достаточно устойчив во времени без образования гелей [162]. Учитывая, что скорость геле-образования в растворе определяется в первую очередь содержанием в нем АК и рН, вскрытие проводили в условиях, обеспечивающих рН продукционного раствора около 2 и концентрацию АК в нем не более 30 г/л по Si02.
В ранее проведенных исследованиях [85, 86, 182, 211, 220, 236, 239] наиболее полно изучено вскрытие сиенитового концентрата серной кислотой. Установлено, что для целей водоподготовки и водоочистки оптимальными являются следующие условия: вскрытие следует проводить 9-10 %-ной серной кислотой (ТіЖМ:?) в течение 40-60 минут при интенсивном перемешивании и постепенном дозировании сырья. Оптимальная температура ( 45 С) самопроизвольно поддерживается за счет теплового эффекта реакции. Снижение температуры до 25-30 С свидетельствует об окончании процесса разложения сырья.
Не вскрывшийся остаток отделяется от продукционного раствора декантацией или фильтрованием.
Учитывая, что хвосты апатитовой флотации и уртиты Кия-Шалтырского месторождения подобны по своему составу сиенитовому концентрату, их вскрытие проводили в аналогичных условиях.
Сиенитовый концентрат и хвосты апатит-нефелиновой флотации представляют собой пескообразное сырье с размером частиц менее 1 мм. Уртиты (кусковой материал) подвергали дроблению и рассеву, используя в дальнейших экспериментах фракцию, прошедшую через сито с диаметром отверстий 3 мм.
Особенности взаимодействия каолина с серной кислотой обсуждены на стр. 57. Согласно приведенным сведениям, обжиг каолина в интервале температур 600-800 С позволяет увеличить выход алюминия в раствор, однако наряду с алюминием в нем резко возрастает концентрация кремния, что приводит к быстрому образованию геля. Температура и продолжительность вскрытия также влияют на концентрации активных компонентов в растворе АКФК.
Образцы каолина размером 10-15 мм подвергали прокаливанию без предварительного измельчения. При дальнейшем контакте с водной средой они легко «распускаются». Прокаливание в течение 0,5; 1,0 и 1,5 часов проводили в муфельной печи при температурах 600 и 800С. Вскрытие образовавшегося в результате прокаливания метакаолинита проводили 5, 10 и 20 %-ной серной кислотой. Прокаленные образцы переносили в колбы, приливали определенное количество серной кислоты различной концентрации, контролируя температуру реакционной смеси и впоследствии извлечение А1 и Si в образовавшийся в результате вскрытия раствор. Соотношение Т:Ж в соответствии с ранее проведенными экспериментами поддерживали равным 1:7. Реакция разложения метакаолинита является экзотермической, поэтому измерение температуры реакционной смеси позволяет качественно судить о протекании реакции.
Разложение каолина (прокаленного при температуре 600 и 800 С) 20%-ной серной кислотой приводит к активному выщелачиванию соединений кремния, что сопровождается немедленным образованием геля в реакционной смеси. Нерастворимые соединения кремния блокируют поверхность каолина, реакция его растворения в кислоте замедляется, а температура реакционной смеси падает .
При вскрытии каолина 10%-ной серной кислотой температура реакционной смеси практически не меняется. Это означает, что ее разогрев в результате протекания химической реакции компенсируется охлаждением реакционной емкости. Представленные на рис. 2.3, 2.4 температурные зависимости свидетельствуют о том, что время выщелачивания можно ограничить 35-40 минутами.
. Изменение температуры реакционной смеси в ходе вскрытия каолина 10 %-ной серной кислотой (температура прокаливания 600 С) Самопроизвольный разогрев реакционной смеси недостаточен для вскрытия прокаленного каолина, поэтому разложение вели при нагревании смеси до температуры кипения (100-115 С) в течение 30-60 минут. Полученный раствор охлаждали и затем фильтровали. Результаты экспериментов по извлечению алюминия и кремния в раствор приведены в таблицах 2.2, 2.3. Полученные при 30-минутной экстракции серной кислотой результаты свидетельствуют о том, что максимальное содержание А1 и Si в продукционном растворе достигается при вскрытии каолина прокаленного в течение 1 часа 10 %-ной серной кислотой при 600С. Учитывая, что прокаливание каолина требует больших энергетических затрат, в промышленных условиях можно ограничится 30 минутным прокаливанием сырья, поскольку концентрация А1 в полученном растворе АКФК достаточна для использования его в качестве коагулянта. Таблица 2.2
На рис. 2.5 и 2.6 приведены экспериментальные данные, характери зующие переход А1 и Si в раствор АКФК в зависимости от времени вскрытия каолина прокаленного при 600 С в течение 30 минут. Концентрация А1 достигает максимального значения через 30-35 минут вскрытия (рис. 2.5), концентрация Si проходит через максимум при 5-10 минутном вскрытии и снижается затем в связи с образованием нерастворимых форм кремниевой кислоты (кремнезема) под действием достаточно высокой температуры .
Ранее [221] было установлено, что в растворах АКФК с рН=2,1 независимо от их «возраста» алюминий присутствует в ионной форме и не входит в состав олигомерных и полимерных форм кремнезема. Что касается АК, то в свежем АКФК значительную ее долю составляют мономерная, димерная, тетрамерная и другие формы кремнезема с небольшой молекулярной массой. Меньшая часть Si02 приходится на олигомерные формы с молекулярной массой больше 1000, а также, возможно, и коллоидные частицы. Увеличение «возраста» АКФК сопровождается практически полным переходом АК в соединения с высокой молекулярной массой. При внесении АКФК в очищаемую воду рН в системе обычно превышает 6 единиц, в противном случае проводят корректировку рН, доводя рН коагуляции до 6-8 растворами едкого натра, соды, но, чаще всего, известкового молока. В этом диапазоне рН ионы алюминия гидролизуются, образуя положительно заряженные ассоциаты различного состава, а АК быстро полимеризуется с образованием различного рода структур с развитой поверхностью и тем более высоким отрицательным электрокинетическим потенциалом, чем выше рН.
Эффективность растворов АКФК при осветлении, обезжелезивании и обесцвечивании воды
Эффективность очистки определяли в равновесных условиях (1 час после смешения реагентов) при комнатной температуре (18-21 С), используя лабораторный флокулятор, предназначенный для проведения пробного коагулирования при очистке природных и сточных вод. Флокулятор представляет собой устройство, которое обеспечивает смешение реагентов с обрабатываемой водой с помощью механической мешалки в течение заданных временных интервалов. При этом предусмотрено выполнение двух режимов: «быстрого» перемешивания - скорость вращения мешалки 100-200 мин"1 и «медленного» перемешивания - со скоростью 30 - 100 мин" . Перемешивание сточной воды с раствором АКФК проводили последовательно в течение 10 секунд со скоростью 100 мин"1, в течение 10 секунд со скоростью 30 мин"1, с последующим отстаиванием в течение 30-60 минут. Отстаивание проводили в мерных цилиндрах. Для лучшего смешения жидкие АКФК разбавляли предварительно в 10 раз.
Сравнение эффективности различных форм АКФК, полученных вскрытием сиенитового концентрата, хвостов апатитовой флотации и уртита и содержащих соответственно разные концентрации АК, по сравнению с СА было проведено на модельной суспензии каолина с исходным содержанием взвешенных веществ 340 мг/л. Во всех экспериментах доза вносимых коагулянтов по А120з поддерживалась постоянной (рис. 2.9, табл. 2.5).
Ранее [226] было показано, что основную роль в процессе удаления взвешенных веществ играют комплексы алюминия. В данном эксперименте сравнивали эффективность очистки модельной суспензии взвешенных веществ различными коагулянтами, поддерживая содержание алюминия в системе постоянным. Естественно, что содержание кремния при этом отличалось.
Из приведенных данных следует, что в области низких концентраций алюминия (до 10 мг/л по А1203) эффективность удаления взвешенных веществ растворами АКФК-К снижена по сравнению с СА. При повышении дозы А120з (и соответственно, АК) присутствие в системе АК обеспечивает более полную очистку от взвешенных веществ, однако зависимости глубины очистки от концентрации флокулянта (АК) не наблюдается.
Можно предположить, что в области низких доз коагулянта АК частично экранирует поверхность золя гидроксосоединении алюминия и снижает их адсорбционную емкость по отношению к взвешенным веществам, что согласуется с [54, 174 и др.]. С увеличением концентрации А12Оз в осветляемой воде возрастает число мелких первичных агрегатов, с которыми АК взаимодействует по флокуляционному механизму. При этом концентрация АК по достижении необходимой и достаточной величины уже не влияет на глубину осветления, как и в работе [172] в той же системе с каолином. Отмечено, что в присутствии АК процесс седиментации образовавшегося осадка протекает с большей скоростью, а сам осадок более плотен и легче фильтруем.
Цветность вод является одним из основных показателей, которые характеризуют соответствие качества вод нормам питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения. Цветность вод определяется в основном соединениями железа и веществами гумуса.
Во многих регионах РФ, в том числе в Москве и Подмосковье, содержание железа в воде источников водоснабжения превышает допустимые значения [222, 225]. Ограничение на содержание железа в питьевой воде введено в СанПиН по органолептическим признакам. Вода, содержащая железо в концентрациях 1,0-1,5 мг/л и более, имеет желтовато-бурую окраску, повышенную мутность, железистый привкус, поэтому непригодна для питья. В таких концентрациях железо не представляет прямой угрозы здоровью человека, однако, значительный вред и в менее высоких концентрациях оно может причинить техническим эксплуатационным системам. Интенсивное образование рыхлого шлама из хлопьевидных осадков начинается в системах горячего водоснабжения уже при содержании общего железа 0,5 мг/л. Скопления шлама вызывают засоры со всеми вытекающими из этого последствиями для системы водоснабжения и бытовой техники. Страдает от повышенных концентраций железа также белизна ванн, раковин и другой сантехники. Во многих производствах (медицинской, пищевой, алкогольной промышленности и др.) требуется еще более высокая степень очистки воды от примесей этого элемента. Именно поэтому удаление железа из воды (обезжелезивание), понижение его концентрации до допустимой нормы является одной из насущных задач водоподготовки.
На стадиях водоподготовки чаще всего используется коагуляционная очистка вод с использованием СА и реже гидроксохлорида алюминия (ГОХ) [238]. В настоящей работе проведено сравнительное исследование эффективности применения АКФК, ГОХ и СА в процессах удаления железа и гумусовых веществ из модельных растворов. Эксперименты проводили на модельных растворах FeCb и гуматов, с целью сравнения способности алюминийсодержащих коагулянтов - СА, АКФК, ГОХ, смесей СА + АКФК и ГОХ + АКФК, взятых в определенных соотношениях, к обезжелезиванию и осветлению природных вод. В модельном растворе, содержащем 1,08 мг/л Fe (III), цветность составляла 69 градусов по хромово-кобальтовой шкале. В модельном растворе, содержащем гуматы, цветность также составляла 69 градусов. Концентрация исходных растворов коагулянтов по АЬОз составляла: в СА- 2 г/л, в АКФК- 0,91 г/л, в ГОХ - 0,41 г/л. Известно, что А1-содержащие коагулянты эффективны в диапазоне рН=6,5-8,0. Учитывая, что растворы коагулянтов содержат избыточную кислоту, добавление их к воде приводит к снижению рН. Поэтому, для достижения оптимального значения рН растворы предварительно подщелачивали известковым молоком до рН = 8. Анализ литературных данных показал [229], что обезжелезивание и осветление сточных вод алюминийсодержащими коагулянтами обычно проводят в диапазоне концентраций 10-30 мг по А1203/л. Доза коагулянтов в пересчете на А12Оз, вносимых в модельный раствор, в эксперименте составила 20 мг/л. Смешение растворов СА и ГОХ с раствором АКФК-С в определенных соотношениях позволило получить системы с одинаковым содержанием АЬ03 и различным содержанием АК. Таким образом, было изучено влияние АК на обесцвечивание модельных вод солями алюминия (табл. 2.7 и 2.8, рис. 2.11 и 2.12).
