CC BY
12
-□ □-
Приведет результати дослiдження проце^в вiдстоювання суспензп скопу з використанням флокулянтiв втчизняного та шоземного виробницт-ва. Визначено вплив рiзноманiтних факторiв на ефективтсть вгдстоювання. Рекомендовано до використання найбыьш ефективний тип флокулянтiв
Ключовi слова: скоп, вiдстоювання,
флокулянт
□-□
Приведены результаты исследований процессов отстаивания суспензии скопа с использованием флокулянтов отечественного и зарубежного производства. Определено влияние различных факторов на эффективность отстаивания. Рекомендован к применению наиболее эффективный тип флокулянтов
Ключевые слова: скоп, отстаивание,
флокулянт
□-□
Results of suspension sludge processes researches with usage offlocculants of domestic and foreign manufacture are resulted. Influence of various factors on settling efficiency is defined. The most effective flocculent type is recommended to application
Keywords: sludge, settling, flocculent -□ □-
1. Вступ
Сьогодш на територп Украши в тш чи шшш Mipi працюе бшьше 25 пщпривмств, що займаються переробкою макулатури. Протягом року вони переробля-ють близько 600 тис. т. макулатури. Як i для бшьшосп матерiалiв, що пщдаються рециклшгу, макулатурi ха-рактерне зниження якост в залежност в1д кiлькостi циклiв повторного використання. Одночасно утво-рюються вiдходи, непридатних для повторного використання. Маса, що мктить дрiбнi волокна целю-лози (приблизно 50 %) та мшеральну тверду фазу у виглядi часток каолiну (близько 45 %) носить назву скопу i представляв собою осади спчних вод целю-лозно-паперових виробництв та виробництв перероб-ки макулатури тсля первинного очищення [1]. Не-зважаючи на розробку значно! кiлькостi технологiй використання скопу для отримання рiзноманiтних будiвельних конструкцш та матерiалiв, на сьогоднi основним способом поводження зi скопом в накопи-чення його на мулових майданчиках та зневоднення в природних умовах. Надмiрна волопсть скопу сприяв
УДК 628.334.5212
В1ДСТОЮВАННЯ СКОПУ З ВИКОРИСТАННЯМ ФЛОКУЛЯНТ1В Р1ЗНОГО
ТИПУ
М.Д.Гомеля
Доктор технiчних наук, професор, завщувач
кафедрою*
Контактний телефон: (044) 236-60-83 E-mail: [email protected]
Я.В. Радовенчик
Молодший науковий ствроб^ник* Контактний телефон: 093-697-62-71 E-mail: [email protected]
В.В.Тимошенко
Студентка*
Контактний телефон: 096-408-96-06 E-mail: [email protected]
О.С. Коваль
Кандидат техшчних наук, старший викладач *Кафедра екологп та технологи рослинних полiмерiв Нацюнальний техшчний унiверситет УкраТни "КиТвський полiтехнiчний шститут" пр. Перемоги 37, корпус 4, м. КиТв, 03056 Контактний телефон: 050-352-18-66 E-mail: [email protected]
процесам його розкладання, що супроводжуеться за-брудненням п1дземних та поверхневих вод, атмосферного повиря. Пщ мулов1 майданчики для збер1гання скопу в1дводяться значн1 площ1 придатно! для використання територп. Тому процеси зневоднення скопу завжди були в центр1 уваги шженер1в та актуальт серед науковц1в. Нажаль, навиь сьогодн1 не вдалося вир1шити вказану проблему та запропонувати ефек-тивну технологш зневоднення скопу для забезпечення можливост його тривалого збер1гання без шкоди на-вколишньому середовищу.
2. Постановка проблеми та завдання дослщження
Незалежно вщ того, як в подальшому передбачаеться використовувати скоп, першим етапом його обробки е вщстоювання. Цей процес дозволяе знизити загаль-ний об'ем суспензп скопу та пщвищити вм1ст твердо! фази до концентрац1й, що дозволяють його використання в процесах отримання буд1вельних матер1ал1в та конструкцш. Оскшьки традиц1йн1 флокулянти не
забезпечували достатньо! ефективностГ вiдстоювання суспензГ! скопу, було цжаво досл1дити сучаснi реагенти зарубiжного виробництва на основi полiакриламiду. В якостi таких реагентiв використовували флокулян-ти Zetag 7648 з катюнним зарядом та молекулярною масою до 20 млн. i Magnafloc 156 з анiонним зарядом та молекулярною масою до 20 млн., а також роз-чини полiакриламiду (ПАА) в якостi неюногенних флокулянтiв.
Метою наших дослiджень було визначення найбГльш ефективного типу флокулянтГв та найбiльш прийнятних умов його використання для освГтлення суспензГ! скопу.
Методика дослГджень полягала в обробщ суспензГ! скопу рГзними реагентами та дослщженш процесiв И освiтлення. В якосп модельних розчинГв використовували суспензш скопу, вГдГбрану з технолопчно! лшГ! Ки!вського картонно-паперового комбГнату. По-чатковий розчин мГстив 10231 мг/дм3 волокон скопу та Гнших твердих домшок при водневому показнику суспензГ! 6,8. ВГдстоювання проводили в градуйова-них цилГндрах при об'емГ проби 100 мл. Отриман результати паралельних дослдав обробляли методами математично! статистики. Повторювашсть результатГв та !х достовГршсть вГдповГдають сучасним вимогам.
3. Викладення основного матерiалу
На першому етат дослГджували можливГсть зни-ження об'ему суспенз Г! скопу, що тдлягае зневодненню, шляхом И вГдстоювання без додатково! обробки реагентами. Було встановлено (рис. 1), що при вГдстоюванн вдабраного скопу без додатково! обробки (рН 6,8) про-тягом двох годин уявний об'ем твердо! фази складае 60 % вщ загального об'ему суспензГ!. ЗбГльшення термшу вГдстоювання не супроводжуеться зниженням уявно-го об'ему твердо! фази. Ще на 2 % зменшити уявний об'ем твердо! фази дозволяе пГдвищення водневого по-казника суспензГ! до рГвня рН 9. Однак подальше його пГдвищення до рН 11,5 знову призводить до збГльшення уявного об'ему твердо! фази.
1 100
а" 90
ъ
£ 80
!3 70 Ъ
ь 60
ф
Л 50 § 40
0
¡О 30 20
а
1 10 £
5 0
1 г—т—^
1
—°-рН2,5-о—рН4-й-рН 6,8 —•— рН 9 -*—рН 11,5 -
\
V 1 1
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Термiн в'!дстоювання, хв
Рис. 1. Кривi вщстоювання суспензи скопу при рiзних зна-ченнях рН (вмкт твердо! фази 10231 мг/дм3)
ЗовсГм по шшому вГдбуваеться освГтлення суспензГ! скопу при низьких значеннях рН. В слабкокислому середовишД (рН 4) спочатку освГтлення не спостерГга-еться. Через 10 хв починае формуватися шар освГтлено! води, але в нижнш частит мГрного цилГндру. Тверда
фаза починае спливати на поверхню Г формувати шар волокон у приповерхневому шарГ. Через годину вГдстоювання уявний об'ем твердо! фази стабШзуеться на рГвн 50 % вГд початкового об'ему Г подальше вГдстоювання не супроводжуеться його зниженням. Ще бГльш штенсивно цей процес вГдбуваеться при рН 2,5. Вже через 10 хв вГдстоювання уявний об'ем твердо! фази знижуеться до 10 % вГд початкового об'ему суспензГ!, а через 40 хв - стабШзуеться на рГвш 7 %. Подальше вГдстоювання не супроводжуеться вГдповГдним зниженням уявного об'ему. На рис. 1 для рН 4 та рН 2,5 приведено уявний об'ем твердо! фази, розмщено! у приповерхневому шарГ ЗгГдно даних [2], точка нульо-вого заряду поверхш волокон целюлози вГдповГдае рН 2,0, а в дГапазош рН=2,0 - 11,0 вони мають позитивний заряд. Тому, на нашу думку, в кислому середовишГ знижуеться величина сил вГдштовхування мГж окремими волокнами, що сприяе !х агрегатуванню та спливанню на поверхню. Разом з тим, варто зауважити, що при вГд-стоювант суспензГ! скопу в зазначеному дГапазот рН не вдаеться повшстю освГтлити рГдку фазу. Залишкова мутшсть освГтлено! води коливаеться для зазначеного дГапазону рН в межах 640 - 1080 мг/дм3. Очевидний також той факт, що при великих об'емах суспензГ! скопу коригування рН у широкому дГапазот являеться досить затратним процесом, оскГльки вимагатиме зна-чно! витрати реагентГв.
Використання флокулянтГв для пГдвищення ефективностГ вГдстоювання, зважаючи на !х незначн концентрацГ!, може бути цГлком прийнятним з точки зору повторного використання вилученого з води скопу. НайбГльш поширений на територГ! Укра!ни флоку-лянт - ПАА вГдноситься до неюногенних флокулянтГв Г використовуеться для видалення з водного середо-вища твердих часток рГзноманГтно! природи. Засто-сування його в процесах освГтлення суспензГ! скопу показало (рис. 2), що кардинально вплинути на про-цес освГтлення навГть при досить значних дозах цей флокулянт не здатний. Зменшення уявного об'ему твердо! фази на 16 % при дозГ флокулянта 70 мг/дм3 в порГвнянн Гз вГдстоюванням без обробки реагентами е, на нашу думку, не адекватним. Тому його використання без додатково! обробки суспензГ! скопу можна вважати в даному випадку недостатньо ефективним. Виходячи Гз концентрацГй флокулянту та скопу, спГввГдношення мГж !х масами в дослГдженому дГапазонГ коливаеться в межах 0,5 - 7,0 мг/г сухо! речовини твердо! фази. Виробниками флокулянтГв вказане стввщношення визначено в дГапазонГ 2 - 6 мг/г сухо! речовини.
100
90
80
3 70 о
60 50 40
10 20 30 40 50 60 70 80 Терм'т вГдстоювання, хв
90
Рис. 2. Кривi седиментацп твердо! фази скопу при рiзних дозах ПАА (рН = 6.8; вмют твердо! фази — 10231 мг/дм3)
0
Коригування рН в значнш мiрi не дозволяе покра-щити отриманий результат. Як i без флокулянтiв, у слабко лужному середовищД iнтенсивнiсть вщстоюван-ня в присутностi флокулянтiв залишаеться практично однаковою (рис. 3). При знижент рН (рН 4,0) спо-стерiгаеться зворотнiй ефект. Тверда фаза рiвномiрно розподiляеться по всьому об'ему мiрного цилiндра i протягом 2 годин И ос1дання чи спливання не спостерЬ гаеться, хоча в окремих точках об'ему фжсуеться утво-рення крупних агрегатiв, котрi знаходяться в зави-слому станi i сприяють освiтленню води навколо них. При рН 2,5 спостер^аеться швидке спливання твердо! фази та суттеве зменшення !! уявного об'ему. Однак залишковий об'ем твердо! фази при цьому в три рази бшьший, тж при вiдстоюваннi без флокулянпв. Тому очевидно, що використання ПАА для даного складу скопу е малоефективним.
3 ¡3 100
90
<5 80
а
о и 70
£ С) § 60
г о
50
<0
О 40
>3
3 с 30
и
20
рН2,5 —ъ—рН7 рН9 —о— рН11,5 -
10 20 30 40 50 60 Термш вiдсmоювання, хв
70 80
Рис. 3. Кривi седиментаци твердо! фази скопу при рiзних рН (доза ПАА — 10 мг/дм3; вмют твердо! фази — 10231 мг/дм3)
Використання флокулянпв анюнного типу Magnafloc 156 виявилося бiльш ефективним, тж ПАА. Вже без коригування рН при дозах флокулянту бiльше 5 мг/дм3 уявний об'ем твердо! фази тсля вщстоювання протягом 25 хв складае всього бшя 10 % вгд почат-кового об'ему суспензп (рис. 4). Причому, подальше збшьшення дози флокулянту не супроводжуеться вщповщним збiльшенням iнтенсивностi вщстоювання.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
<9
о 'О а
Варто також вщмиити, що у випадку використання флокулянту Magnafloc 156 вплив рН на ефективтсть в1дстоювання дещо швелюеться. Як i у випадку з ПАА, при рН 4,0 осадження чи спливання твердо! фази про-тягом 2 годин взагалi не спостертеться. В сильно кислому середовишД (рН 2,5) також спостер^аеться спливання осаду, однак його залишковий уявний об'ем в чотири рази бiльший, шж без флокулянту (рис. 5). Тому використання флокулянту анюнного типу Magnafloc 156 дощльно в нейтральному середовишД без коригування рН, що дозволить уникнути додаткових витрат реагенпв та скоротити технолопчний цикл обробки спчно! води. Разом з тим, як i в попереднiх випадках, в усьому дiапазонi змiни рН та концентрацп флокулянта не вдалося знизити залишковий вмют твердо! фази у вщстоянш водi нижче 440 мг/дм3, що вимагае додаткових дослщжень по шдбору iнших типiв флокулянтiв.
¡а 100
(0 90
о »0 80
а 70
о
£ ? 60
§ о
.и <0 50
>3 40
3
с 30
ш
а 20
рН2,5 -ь-рН7
---н
10 20 30 40 50 60 ТривалСть вiдстоювання, хв
70
80
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Час вдстоювання, хв
Рис. 4. Кривi седиментаци твердо! фази скопу при рiзних дозах МадпаАос 156 (рН = 6.8; вмют твердо! фази — 10231 мг/дм3)
Рис. 5. Кривi седиментаци твердо! фази скопу при рiзних рН (доза МадпаЯос 156 — 5 мг/дм3; вмют твердо! фази — 10231 мг/дм3)
Цiкавi результати отриман при використанн ка-тюнного флокулянту Zetag 7648. Навiть при досить значних дозах флокулянту ефективного освгглення суспензп скопу не спостер^аеться (рис. 6). А при дозi флокулянту в 70 мг/дм3 спостер^аеться зворотнiй ефект - тверда фаза протягом 2-х годин вщстоюван-ня взагалi не осаджуеться. На вщмшу в1д двох попередшх типiв флокулянтiв, Zetag 7648 працюе i в слабко кислому середовищ! При рН 4,0 спостер1гаеть-ся спливання твердо! фази i локалЬ зац1я !! в приповерхневому шарi (рис. 7). В сильно кислому середовищД, як i для шших флокулянтiв, спостер1гаеть-ся найменший уявний об'ем твердо! фази, що концентруеться у верхнш частинi мiрного цилiндра. Необх1дно також наголосити, що i з використан-ням флокулянпв катiонного типу не вдаеться повшстю освiтлити стiчну воду. При рiзних умовах залишковi концентрацГ! твердо! фази сягають 780 - 1130 мг/дм3.
—о— 1 мг/л
-о— 2,5 мг/л
-й- 5 мг/л
-к- 7,5 мг/л
-а- 10 мг/л
-о— 20 мг/л
—<— 50 мг/л
___ 70 мг/л
0
0
О^ 100
£ 95 <в
;&■ 90
| 85 80
«9
Е 75
Ь 70
I 60 1
g 55
^ 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Час вiдстоювання, хв
Рис. 6. Кривi седиментацп твердо! фази скопу при рiзних дозах Zetag 7648 (рН = 6.8; вмют твердо! фази — 10231 мг/дм3)
з
Я £
100 90 80
о »о а.
ig 70
о Ю о
>3 3 X «9
£
50 40 30 20
0
40
50
60
10 20 30
Тривалсть в/'дстоювання, хв
Рис. 7. Кривi седиментацп твердо! фази скопу при рiзних значеннях рН (доза Zetag 7648 — 10 мг/дм3; вмют твердо! фази — 10231 мг/дм3)
4. Висновки
Таким чином, жоден i3 дослГджених флокулянтГв не забезпечуе необхГдно'' ефективност освГтлення CTi4Ho'i води. ВГдстоювання навГть з використанням додаткових реагенпв не дозволяе сут-тево знизити об'ем суспензГ', що пГдля-гае зневодненню. Найкращi результати отримаш при використаннi флокулян-ту Magnafloc 156 в спiввiдношеннi до твердо'' фази в дiапазонi 0,7 - 7,0 мг/г сухо'' речовини. Разом з тим, навГть в цих умовах залишковi концентра-цГ' твердо'' фази в освГтленш суспензГ' близью до 500 мг/дм3, що потребуе про-ведення додаткового етапу очищення Гз вГдповГдним ускладненням технологи.
ЛГтература
1. Дворкин Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности [текст]: Учебно-справочное пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин - Ростов на Дону: Феникс, 2007. - 369 с. - Библиогр.: с. 363-368. - ISBN 9785-222-10629-7
2. Свительский В.П. Применение
бентонитовых глин для очистки сточных вод [текст] / В.П. Свительский, Б.Ф. Омецин-ский, Ю.И. Тарасевич и др. // Химия и технология воды. - 1981. - Т. 3, №4. - С. 374 - 377.
