авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

Концентрация коагулянта в товарных МОФ соответствовала концентрациям солей алюминия, выпускаемых в настоящее время. Жидкие коагулянты обычно производятся с концентрацией не менее 8,5% по оксиду алюминия. Поэтому минимальная концентрация ПОХА в жидких МОФ была принята равной 8,5%. Порошковые МОФ имели концентрацию 29-30 % по оксиду алюминия, которая соответствовала содержанию оксида алюминия в товарном коагулянте Аква-Аурат 30.

Максимальная концентрация флокулянта в жидких композициях МОФ ограничивается величиной, при которой композиция получается в жидком, а не в гелеобразном виде. Эта концентрация, на основе литературных и экспериментальных данных по изучению вязкостных характеристик флокулянтов Праестол в водных и солевых растворах, не должна превышать 1,9 %. Содержание флокулянта в порошковых МОФ ограничивалась вязкостью получаемых растворов при растворении МОФ. Поэтому в порошковых композициях максимальное содержание флокулянта не превышало 3,3 % от содержания товарного коагулянта Аква-Аурат 30.

С учетом вышеизложенного были разработаны рецептуры жидких и порошковых композиций МОФ, а также предложены концентрации и соотношения исходных компонентов для их получения (таблица 3).

Таблица 3- Рецептуры коагулирующе-флокулирующих композиций МОФ

Исходные компоненты Состав МОФ
концентрация, % отношение смешиваемых компонентов (масс.ч.) концентрация, % отношение коаг. / флок. (масс.ч.)
Аква-Аурат (по Al2O3) Праестол Аква-Аурат (по Al2O3) Праестол
Жидкие МОФ
17,0 1,89 1:1 8,5 0,94 9
1,7 1:1 8,5 0,85 10
0,85 1:1 8,5 0,425 20
0,425 1:1 8,5 0,21 40
0,34 1:1 8,5 0,17 50
Порошковые МОФ
30,0 100 100:3,3 29,04 3,2 9
100 100:3 29,1 2,91 10
100 100:1,5 29,6 1,48 20
100 100:0,75 29,8 0,74 40
100 100:0,6 29,9 0,6 50

Из таблицы 3 следует, что жидкие МОФ, с концентрацией 8,5% по оксиду алюминия и отношением коагулянт/флокулянт от 9 до 50, могут быть получены смешением равных весовых частей жидкого товарного Аква-Аурата18 и предварительно приготовленных водных растворов флокулянтов. При этом концентрация исходного раствора флокулянта должна быть в 2 раза выше, чем концентрация флокулянта в МОФ. Порошковые МОФ с тем же соотношением реагентов могут быть получены смешением 100 масс. частей порошкового Аква-Аурата 30 и 0,5-3 масс. частей порошковых флокулянтов Праестол с той же насыпной плотностью, что и коагулянт.

Свойства композиционных реагентов зависят, прежде всего, от свойств исходных компонентов. Кроме того, композиционные реагенты могут также приобретать новые характеристики в результате взаимодействия или взаимного влияния компонентов композиций.

Поскольку преобладающим компонентом МОФ является полиоксихлорид алюминия, обладающий кислотными свойствами, жидкие МОФ имеют кислую реакцию среды (рис.1).

Вязкостные свойства МОФ будут определяться видом и содержанием флокулянта в составе МОФ, а также содержанием ПОХА, который, действуя как электролит, подавляет диссоциацию ионогенных групп макромолекул флокулянта и уменьшает вязкость растворов флокулянта, а, следовательно, и композиций МОФ на их основе (рис. 2).

 Вязкостные характеристики 0,85%-2 Рис. 2. Вязкостные характеристики 0,85% растворов флокулянтов Праестол в воде и в 8,5% растворе ПОХА (композиции МОФ)

Причем, относительная вязкость растворов флокулянтов Праестол в 8,5 % растворе ПОХА уменьшается как с увеличением содержания катионных групп в макромолекулах флокулянта, так и с увеличением молекулярной массы. При этом степень сжатия (свернутости) макромолекул, которую оценивали по коэффициенту Ксжат :

Ксжат=водн / солевой, (1)

где водн – относительная вязкость водного раствора флокулянта,

солевой - относительная вязкость солевого раствора флокулянта,

минимальна для слабокатионных флокулянтов Пр 611 и Пр 851 и максимальна для сильнокатионных флокулянтов - Пр 644 и Пр 853.

Однако, несмотря на общность вязкостных и кислотных свойств МОФ и соответствующих исходных компонентов имеются и существенные отличия.

Во-первых, рН растворов МОФ отличается от величины рН раствора ПОХА той же концентрации. Причем для МОФ-1, МОФ-3 и МОФ-6 на основе слабо- или среднеосновных флокулянтов, величина рН ниже, чем для ПОХА с той же концентрацией (рис.1).

Во-вторых, вязкость свежеприготовленных растворов МОФ с концентрацией по ПОХА более 5% начинает увеличиваться, и особенно сильно для МОФ-1 (рис.3), хотя для катионных флокулянтов вязкость обычно уменьшается с увеличением содержания электролита, вследствие конформационного перехода: линейная макромолекула-клубок-глобула. Наблюдаемый эффект может являться результатом межмолекулярных взаимодействий и увеличения размеров макромолекул вследствие образования поликомплексов: флокулянт-ПОХА.

В-третьих, в отличие от растворов исходных флокулянтов, вязкость жидких МОФ не уменьшается, а растет с увеличением срока хранения (рис.4).

В-четвертых, оптические свойства свежеприготовленных жидких МОФ не всегда подчиняются правилу аддитивности. Например, оптическая плотность жидкого МОФ-1 не соответствует сумме оптических плотностей входящих в него компонентов в диапазоне длин волн от 365 до 490 нм, что может объясняться уменьшением числа частиц в композиции (рис. 5).

Причиной всех рассмотренных отклонений свойств растворов МОФ от свойств растворов исходных компонентов могут быть химические реакции, меж- и внутримолекулярные взаимодействия, приводящие к образованию алюминий-полимерных комплексов, которые будут определять физико-химические свойства МОФ.

Рис.4. Зависимость кинематической вязкости жидких 5% (по Al2O3) МОФ (к/фл=9) от времени хранения: 1 столбец-день приготовления, 2 столбец - на второй день, 3 столбец - через 7дней
Рис. 3. Зависимость относительной вязкости 0,5% растворов флокулянтов от концентрации ПОХА в растворах МОФ-1 и МОФ-2

Рис.5. Зависимость оптической плотности растворов ПОХА, Пр 611 и МОФ-1 (к/фл=20) от длины волны

Поскольку в состав МОФ входит ПОХА (имеющего структуру гидраргиллита), молекулы которого содержат ионы алюминия и гидроксильные группы, и флокулянты, содержащие электроотрицательные атомы кислорода и положительно заряженные атомы азота акриламидных групп, в растворах МОФ возможно образование следующих видов связей:

1) между атомами азота и кислорода амидных групп одной (рис.6а) или нескольких (рис.6б) макромолекул флокулянтов и ионами алюминия ПОХА.

2) между амидными атомами, а также атомами кислорода карбоксильных групп, которые могут образоваться в результате кислотного гидролиза амидных групп флокулянта в кислых растворах МОФ (рис.6в), и функциональными группами полигидроксихлорида алюминия (рис.6г).

Рассмотренный механизм объясняет влияние ионогенности флокулянта на физико-химические характеристики МОФ на их основе. С уменьшением количества катионных групп в макромолекулах флокулянта Пр 611, и соответственно увеличения количества акриламидных звеньев, скорость протекания реакций по схемам, показанным на рис. 6, увеличивается. И количество донорно-акцепторных связей возрастает значительно быстрее, чем для сильнокатионного Пр 644, что и приводит к более быстрому увеличению вязкости раствора МОФ на основе Пр 611 (рис.4).

а)  б) в) г) (+) – группа R-N+(CH3)3. Схемы-6 б)  в) г) (+) – группа R-N+(CH3)3. Схемы-7 в)  г) (+) – группа R-N+(CH3)3. Схемы-8 г)  (+) – группа R-N+(CH3)3. Схемы-9 (+) – группа R-N+(CH3)3. Рис. 6. Схемы образования алюминий-полимерных комплексов

Кроме того, многовалентные электролиты, к которым относится ПОХА, при больших концентрациях могут привести к образованию осадка вследствие образования внутрицепной и межцепной вулканизационной сетки из-за образования солевых мостиков типа: -(ОС-О)- - Аl3+-(О-СО)-2, что сопровождается увеличением мутности растворов при хранении. Немаловажное значение имеет также и разная степень сжатия макромолекул Пр 611 и Пр 644 под действием электролита (рис.2). В известных условиях может произойти полное подавление ионизации макромолекул, замораживание неизменных клубковых конфигураций, приводящее и дополнительному свертыванию макромолекулярной цепи за счет внутримолекулярных связей. Поэтому наличие межмолекулярных взаимодействий в МОФ-1 проявляется сильнее, чем в МОФ- 2, для которого более вероятными являются внутримолекулярные взаимодействия.

Для определения влияний межмолекулярных взаимодействий в растворах МОФ на их коагулирующе-флокулирующие свойства были проведены эксперименты по коагуляции модельных растворов, содержащих каолин, зеленый краситель и гумат натрия. Результаты для МОФ с отношением к/фл=10 представлены на рис. 7-9.

 Зависимость мутности каолиновой-10 Рис.7. Зависимость мутности каолиновой суспензии (Мисх.= 7 г/л) после отстаивания (2 мин) от дозы МОФ-1 (по Al2O3)
 Зависимость цветности раствора-11 Рис.8. Зависимость цветности раствора красителя (исх.цветн.=114,6 град.) после коагуляции и фильтрования от дозы МОФ-1(по Al2O3)
 Зависимость цветности раствора-12 Рис. 9. Зависимость цветности раствора гумата натрия (исх.цветн.= 152,9 град.) после фильтрования от дозы МОФ-1 (по Al2O3)

Как следует из представленных данных,оптимальные дозы и эффективность очистки зависят от концентрации и вида загрязнителя в большей степени, чем от срока хранения МОФ. Незначительная разница в эффективности МОФ с разными сроками хранения может быть следствием суммарного эффекта от изменения коагулирующих и флокулирующих свойств композиций по сравнению с исходными компонентами, или результатом непрочности меж- и внутримолекулярных связей в растворах МОФ, которые могут разрушаться в результате разбавления при дозировании композиций в очищаемую воду.

При обесцвечивании воды, содержащей гумат натрия, больший эффект проявился при использовании композиции МОФ-1 длительного срока хранения и при меньшей дозе (рис.8), а при очистке концентрированной суспензии каолина, свежеприготовленный МОФ-1 оказался немного эффективнее, чем МОФ-1 с 23-дневным сроком хранения (рис.7).

Гуматы натрия лучше удаляются с применением МОФ-1 длительного срока хранения, очевидно, вследствие образования в них сходных по строению и противоположно-заряженных межмолекулярных алюминий-полимерных макроионов, обладающих высокой коагулирующей способностью. Эффективность осветления каолиновых суспензий зависит в большей степени от заряда коагулирующего макроиона, чем от его молекулярной массы, что объясняет лучшие флокулирующие свойства свежеприготовленного МОФ-1.

В четвертой главе представлены результаты исследований по изучению влияния состава композиций на эффективность применения МОФ при очистке сточных вод, содержащих различные виды и концентрации загрязнений, что позволило определить наиболее перспективные области применения композиционных реагентов и факторы, определяющие их эффективность, дать технико-экономическую оценку применения коагулирующе-флокулирующих композиций.

Изучение влияния соотношения компонентов в жидких МОФ на эффективность их применения при очистке воды от ЛКМ показало, что увеличение соотношения к/фл в жидком МОФ-4 от 9 до 46 приводит к уменьшению степени очистки. Однако при оптимальных дозах, при которых в очищенной воде содержится минимальное количество загрязнений, степень влияния количественного соотношения к/фл в композиционных реагентах на их эффективность снижается (рис.10).

При этом эффективность удаления ЛКМ из сточных вод с применением жидких МОФ увеличивается при дефицитных дозах с уменьшением катионной активности флокулянта в составе МОФ, что очевидно является следствием увеличения числа межмолекулярных связей и молекулярной массы полимерного иона алюминия. Например, содержание ЛКМ снижается с 20 г/л до 1 г/л при использовании МОФ-1 в дозе 35 мг/л по оксиду алюминия и только до 2,5 г/л - с применением МОФ-2. Однако максимальный эффект очистки сточной воды достигается при дозе МОФ, которая практически не зависит от состава композиции (рис.11), что свидетельствует о преобладающем влиянии в этих условиях количества содержащегося в МОФ коагулянта.

 Зависимость содержания акриловых-13

Рис. 10. Зависимость содержания акриловых ЛКМ в сточной воде ООО «Теплохим» от дозы МОФ-4 (по Al2O3) при отношении к/фл: 1-9; 2-25; 3-46. ЛКМисх. 19,4г/л

Необходимо отметить, что вид извлекаемого ЛКМ и его концентрация также влияет на дозу жидких МОФ. Например, для извлечения из сточных вод акриловых ЛКМ на 99,4-99,9 % требуемая доза МОФ-4 (600мг/л) в несколько раз выше, чем для удаления поливинилацетатных ЛКМ(300мг/л) (рис.10,11).

В то же время при использовании порошковых МОФ, как и при последовательном вводе коагулянта и флокулянта, повышение эффективнос-ти происходит с увеличением заряда флокулянта (рис.12), что является косвенным доказательством одинакового механизма протекания процесса.

Рис.11. Зависимость содержания поливинилацетатных ЛКМ в сточной воде ООО “Теплохим” от дозы коагулянта (по Al2O3) в жидких МОФ (к/фл=9). ЛКМисх.-20 г/л
 Зависимость остаточного-15 Рис. 12. Зависимость остаточного содержания ЛКМ (грунтовки «Акрилстарт») в очищенной воде от дозы коагулянта (по Al2O3) в порошковом МОФ (к/фл=9). ЛКМисх.-9 г/л

По всей вероятности, сначала протекает гидролиз коагулянта, а затем флокуляция продуктов гидролиза с адсорбированными на них загрязнениями. Причем, при использовании композиций МОФ-5П и МОФ-6П на основе Праестолов с более высокой молекулярной массой происходит заметное падение эффективности очистки по сравнению с МОФ-1П и МОФ-2П на основе флокулянтов с более низкой молекулярной массой. Это вероятно обусловлено ухудшением условий для растворения порошковых композиций в сточной воде с высоким содержанием дисперсных загрязнений, которые препятствуют полному растворению флокулянта, входящего в состав композиции, и снижают эффективность применения композиционного реагента в целом.

Сравнение флокулирующего действия композиций на основе слабоосновных флокулянтов в жидкой и порошковой форме, и исходных компонентов МОФ при их совместном применении при очистке концентрированного промышленного стока (с содержанием акриловых ЛКМ в количестве 20 г/л) (рис.13), показало высокую эффективность порошкового МОФ-1П (к/фл=9).

 Зависимость эффективности очистки-16 Рис.13. Зависимость эффективности очистки стока ООО «Теплохим» от вида реагента. Доза, мг/л: Аква-Аурата, МОФ-1, МОФ-1П (по Al2O3) -128; Праестола 611 -14,5

Сравнение жидких коагулирующе-флокулирующих композиций на основе сульфата алюминия (МОФ-СА) и ПОХА, а также последовательного ввода реагентов при очистке сточных вод, содержащих небольшое количество ЛКМ, показало большую эффективность МОФ на основе ПОХА при прочих равных условиях (рис.14).

Природа загрязнений также влияет на эффективность применения композиций МОФ. Сравнение коагулирующей способности композиций МОФ разных марок на основе ПОХА при очистке концентрированных красильных стоков показывает, что все кривые зависимости содержания взвешенных веществ отстоянной воды от дозы реагента проходят через минимум при дозе 75 мг/л, т. е оптимальная доза не зависит от вида композиционного реагента и равна дозе коагулянта (рис.15).

 Зависимость содержания-17 Рис. 14. Зависимость содержания водоразбавляемой эмали “Арсед” (фирмы “Колор”) в очищенном модельном стоке (ЛКМисх.-0,4 г/л) от вида реагента. Доза-7,5 мг/л (к/фл=9).
Рис.15. Зависимость содержания взвешенных веществ сточной воды, содержащей печатный краситель от вида реагентов Исх. цветность (по разб)=1:1250


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.