Влияние силокса в качестве флокулянта на коагуляцию при осветлении волжской воды

УДК 621.187:57.083.1

ВЛИЯНИЕ СИЛОКСА В КАЧЕСТВЕ ФЛОКУЛЯНТА НА КОАГУЛЯЦИЮ ПРИ ОСВЕТЛЕНИИ ВОЛЖСКОЙ ВОДЫ

Л.А. НИКОЛАЕВА, Е.Н. БОРОДАЙ

Казанский государственный энергетический университет

Коагуляция и флокуляция - реагентные методы осветления воды. Они используют химические вещества, которые способствуют образованию крупных структурированных хлопьев, легко выделяющихся из воды.

Использование производственного отхода силокса дало высокий эффект осветления. При добавлении его в исходную воду снижается расход реагентов на коагуляцию и флокуляцию, повышается степень обезвоживания шлама и снижаются энергетические затраты на обработку воды, что делает процесс экономичнее.

Ключевые слова: коагулянты, флокулянты, силокс, водоподготовка, ТЭС.

В настоящее время идёт интенсивное развитие промышленности, приводящее к существенному ухудшению качества поверхностных источников водоснабжения. В водоподготовке ТЭС основным физико-химическим процессом на стадии предочистки природной воды является коагуляция. Это известный процесс, протекающий при добавлении в природную воду раствора коагулянта. В основном в качестве коагулянтов используются соли алюминия (III) и железа (II), которые в результате гидролиза переходят в малорастворимые формы в виде гидроксидов этих металлов. Данные гидроксиды могут захватывать органические и неорганические примеси, образуя хлопья с рыхлой сетчатой структурой, которые легко удаляются из очищаемой воды. Для повышения эффективности коагуляции в водную систему добавляют специальные вещества, называемые флокулянтами, которые ускоряют процесс хлопьеобразования и увеличивают скорость осаждения хлопьев. Флокулянты способствуют расширению оптимальных областей температур и рН коагуляции, снижают расход самих коагулянтов, повышают прочность образующихся агрегатов [1].

Флокулянты - это водорастворимые высокомолекулярные соединения, которые при введении в дисперсные системы химически связываются с частицами дисперсной фазы и образуют агломераты (флокуллы), способствуя их быстрому осаждению. Флокулянты являются линейными полимерами, состоящими из большого числа групп, с длиной цепочки до 1 мкм. Молекулярная масса флокулянтов может достигать нескольких миллионов, а степень полимеризации 500 - 5000 и более [2].

Рациональное использование флокулянтов - одна из центральных проблем в технологии обработки воды. С их помощью можно значительно интенсифицировать процессы очистки воды, связанные с выделением из неё загрязнений в виде грубодисперсных взвесей. Применение флокулянтов увеличивает скорость хлопьеобразования, повышает прочность, плотность и адгезионную активность образующихся систем. Это позволяет увеличивать производительность существующих очистных сооружений, получать воду более высокого качества, применять крупнозернистые загрузки при больших скоростях фильтрования, увеличивать продолжительность полезной работы фильтров и сокращать расход реагентов на обработку воды.

С целью исследования процесса осветления воды был проведен ряд лабораторных экспериментов. На основе изученного материала была выбрана методика для оценки качества обработки воды и определены оптимальные дозы коагулянта и флокулянта.

В работе сравнивались показатели качества воды после предочистки при

использовании различных коагулянтов и флокулянтов.

В качестве коагулянтов использовались соли Ак^О^з и Ре804*7Н20. Выбор основан на стоимости этих солей и их использовании на ТЭС г. Казани. В качестве флокулянтов использовались праестол, полиакриламид, силокс. Силокс имеет алюмокремниевую структуру, является отходом производства синтетического каучука. В основе полимерной цепи - силоксановые связи. Характер алюмокремниевых связей - комплексные устойчивые связи. При выборе авторами флокулянта были изучены свойства силоксановой связи, устойчивость которой определяется рН среды. Силокс является устойчивым в области рН = 4,0 - 10,0. При рН<4,0 и рН>10,0 силоксановые связи могут разрушаться и образовывать растворимые и коллоидные формы активной кремниевой кислоты, т.е. повышать кремнесодержание в обрабатываемой воде. В нашей области рН этого происходить не может. Для доказательства этой гипотезы предварительно для нескольких проб воды было проведено определение кремнесодержания, железа и алюминия спектрофотометрическим методом на «Юнико 1201». Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика эффекта осветления волжской воды при использовании различных коагулянтов и флокулянтов

Коагулянт, флокулянт Дк, мг/л % снижения кремнесодержания % снижения содержания алюминия и железа

Силокс 10 18,3 21,0

А12^04)3 10 19,0 32,0

А12^04)3 + (А181)„ 10 18,2 29,3

А12^04)3 + ПАА 10 24,0 29,0

А12^04)3 + праестол 10 21,3 34,0

Ее804 • 7Ш0 10 32,0 32,0

Ее804 • 7Н20 + (А181)„ 10 30,3 29,2

Ее804 • 7Ш0 + праестол 10 34,0 34,4

В табл. 1 показано, что введение силокса при коагуляции волжской воды незначительно изменяет % снижения кремнесодержания в процессе коагуляции (12%). В рабочей области рН все катионы А13+ и Ре3+ полностью гидролизуются и переходят в формы А1(ОН)з и Ре(0Н)з.

Полученные данные по изменению значений окисляемости обработанной воды и снижению рН в результате использования силокса в качестве флокулянта представлены в виде графиков (рис. 1, 2, 3, 4).

Рис. 1. Изменение окисляемости при обработке Ее804 • 7Н20 с силоксом

Рис. 2. Снижение рН при обработке Ее804 • 7Ш0 с силоксом Рис. 3. Изменение окисляемости при обработке АЬ^04)з с силоксом

Рис. 4. Снижение рН при обработке АЪ(804)3 с силоксом

В табл. 2 показано, что наиболее эффективная коагуляция протекает при использовании флокулянта - праестола (процент снижения - 89,9 %). Дк = 10 мг/л. При использовании силокса в качестве флокулянта окисляемость снижается на 79,7 %.

Таблица 2

Эффективность очистки при совместной коагуляции и флокуляции

Коагулянт, флокулянт Дк, мг/л % снижения окисляемости рН

Силокс 10 40,1 2,31

Al2(SO4)3 10 40 4,54

Al2(SO4)3 + (AlSi)n 10 79,7 4,63

Al2(SO4)3 + ПАА 10 70,1 5,92

Al2(SO4)3 + праестол 10 89,9 4,96

FeSO4  7H2O 10 39,9 8,13

FeSO4  7H2O + (AlSi)n 10 25,0 6,82

FeSO4  7H2O + праестол 10 85 9,12

Интенсифицирующее действие силокса объясняется взаимной коагуляцией его отрицательно заряженных частиц и несущих положительный заряд частиц гидроксидов алюминия и железа. Для интенсивного протекания гетерокоагуляции необходимо брать дозу флокулянта в количественном соотношении, обеспечивающем практически полную нейтрализацию заряда всех частиц. В системе, где преобладают частицы с зарядом одного знака, могут образовываться хлопья, однако, полного удаления коллоидных и взвешенных частиц не происходит.

Частицы флокулянта являются центрами конденсации коагулирующих Л1(ОИ)э и Ре(ОИ)з и способствуют более быстрому росту этих частиц. Силокс влияет и на свойства мицеллы, образующейся при коагуляции, придавая ей прочность, он ускоряет флокуляцию и увеличивает прочность образующихся хлопьев.

На скорость и эффективность флокуляции влияет и последовательность введения в обрабатываемую воду коагулянта и флокулянта. Более быстрое хлопьеоборазование и полное осаждение хлопьев гидроксидов происходит при введении флокулянта после коагулянта, т.е. после завершения его гидролиза и образования первичных частиц гидроксидов.

Повышение рН от 5 до 10 не оказывает заметного влияния на его флоккулирующие свойства. Эффективность воздействия силокса при его вводе до или одновременно с коагулянтом связана с экранизацией положительно заряженными ионами Л13+ и Ре3+, что уменьшает адсорбционную и адгезионную способность флокулянта.

При введении флокулянта после гидролиза коагулянтов и образования первичных частиц гидроксидов и их агрегатов, разветвлённые структуры флокулянтов, адсорбируясь на поверхности агрегатов частиц гидроксидов, образуют между ними кремнекислородные мостики повышенной прочности.

При использовании силокса в качестве флокулянта совместно с АЬ^О^з эффект осветления выше, чем при использовании силокса как коагулянта при Дк=10 мг/л. Увеличение дозы коагулянта и флокулянта более 20 мг/л не вызывает значительного снижения окисляемости. Это объясняется тем, что адсорбционная и адгезионная способности флокулянта на поверхности образовавшихся гидроксидов достигли насыщения.

Силокс может использоваться при обработке вод с высокодисперсными примесями, причём его флоккулирующая способность увеличивается с ростом исходной концентрации взвешенных веществ.

Результаты измерения концентрации взвешенных веществ также подтверждают, что использование (Л181)п силокса в качестве только коагулянта не позволяет достигнуть результата эффективности совместной коагуляции и флокуляции. Это объясняется тем, что развитая пространственная структура кремнеорганического соединения (силокса) блокирует поверхность взвешенных веществ, снижая скорость мицелообразования.

Использование (Л181)п силокса в качестве флокулянта в системе волжская вода - коагулянт Л12(8О4)з позволяет повысить эффективность коагуляции на 39%.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о возможности использования силокса в качестве альтернативы современным флокулянтам. Использование данного отхода производства в процессе водоподготовки представляет как научный, так и экономический интерес, поскольку исследуемый реагент находится в больших количествах и доступен для применения в промышленных масштабах. Его использование позволит также сократить денежные затраты на реагенты.

Summary

Together, coagulation and flocculation are purification methods that work by using chemicals which effectively "glue" small suspended particles together, so that they settle out of the water.

Using industrial waste silocs as a flocculant gave us good results. Adding it to natural water helps to reduce the amount of using agents for coagulation and flocculation processes, to waste less water with sludge, to use less energy for treating the same amount of water and, as a result, to make the process cheaper.

Key words: coagulants, flocculants, silocs, water preparation thermal power station (TPS).

Литература

1. Вейцер Ю.М., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М.:, Высшая школа, 1994.

2. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии / Учебник для вузов. 3-е изд., стереотипное, испр. Перепечатка с изд. 1989 г. М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. 464 с.

Поступила в редакцию 5 марта 2009 г.

Николаева Лариса Андреевна - канд. хим. наук, доцент кафедры «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 556-54-93.

Бородай Екатерина Николаевна - ассистент кафедры «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 521-15-74, 8-9053121617. E-mail: boroday_katya@yahoo.com.