CC BY
100
УДК 628.3
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ЗАВОДА СИНТЕТИЧЕСКОГО КАУЧУКА
© А.Ф. Колова1, Т.Я. Пазенко2, Ю.В. Федотова3
Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 82.
Проведены экспериментальные исследования по подбору оптимального типа и дозы реагента для очистки сточных вод завода по производству бутадиен-нитрильного каучука. Наилучшие результаты получены при использовании в качестве коагулянта сульфата алюминия и флокулянта «Praestol». Предложена технологическая схема локальной очистки сточных вод цеха, где совершается сополимеризация бутадиена и акрилонитрила, и цеха, где происходит выделение каучука. В оптимальном режиме эффективность удаления органических загрязнений составляет 70-75%. Ил. 2. Табл. 9. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: сточные воды; бутадиен-нитрильный каучук; органические загрязнения; локальные очистные сооружения; реагенты; сульфат алюминия; оксихлорид алюминия; гидроксохлорсульфат алюминия; хлорное железо; флокулянты; праестол; плановый эксперимент; токсичность.
DEVELOPING LOCAL WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGY FOR A SYNTHETIC RUBBER PLANT A.F. Kolova, T.Ya. Pazenko, Yu.V. Fedotova
Siberian Federal University,
82 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.
Experimental researches have been conducted on selection of the optimal type and dose of a reagent for the wastewater treatment plant producing butadiene-nitrile rubber. The best results were obtained when aluminum sulfate and "Praestol" flocculant were used as coagulants. The authors propose a process flow scheme of the local treatment of wastewaters of the workshop, where butadiene and acrylonitrile copolymerization takes place, as well as for the workshop, where rubber is separated. In optimum conditions, the efficiency of organic contaminant removal is 70-75%. 2 figures. 9 tables. 5 sources.
Key words: wastewaters; nitrile butadiene rubber (NBR); organic pollution; local treatment facilities; reagents; aluminum sulfate; aluminum oxychloride; aluminum hydroxochlorsulfate; ferric chloride; flocculants; praestol; planned experiment; toxicity.
Разработка технологии локальной очистки производственных сточных вод актуальна, так как сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод промпредприятий в системы городской канализации приводит к подавлению деятельности активного ила и ухудшению эффективности работы канализационных очистных сооружений, вплоть до полного вывода их из строя.
Исследования проводились на натурных стоках завода по производству бутадиен-нитрильного каучука, на котором имеются три канализационные сети: для отвода химически загрязненных, дождевых и хозяйственно-бытовых сточных вод.
Химически загрязненные сточные воды по напорной и самотечной сетям поступают в резервуары -отстойники, откуда насосами перекачиваются на сброс в городскую сеть и далее - на городские канализаци-
онные очистные сооружения.
Основными источниками поступления взвешенных веществ и органических загрязнений являются цехи, где происходит полимеризация бутадиена и акрило-нитриловой кислоты и выделение каучука. Содержание органических загрязнений в общем стоке превышает установленный норматив (по анализу БПК5) в два раза. Для достижения установленных норм по БПК рассмотрена возможность строительства локальных очистных сооружений (ЛОС) по двум вариантам: 1 - на общем стоке; 2 - на стоках цехов, которые являются основным источником поступления органики.
Нами исследована возможность применения реа-гентного метода для локальной очистки сточных вод завода синтетического каучука.
Первый этап исследований был проведен на хим-загрязненных стоках, отобранных в ноябре 2012 г. В
1Колова Алевтина Фаизовна, кандидат химических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89504257337, e-mail: a.f.. kolova @mail.ru
Kolova Alevtina, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89504257337, e-mail: a.f.. [email protected]
2Пазенко Татьяна Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89069737450, e-mail: [email protected]
Pazenko Tatiana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89069737450, e-mail: [email protected]
3Федотова Юлия Валерьевна, магистрант, тел.: 89233303923, e-mail: [email protected] Fedotova Yulia, Master's Degree student, tel.: 89233303923, e-mail: [email protected]
качестве реагентов использовали полиоксихлорид алюминия (ПОХАтм-30) производства фирмы «Аква-Аурат» (г. Москва), оксихлориды алюминия с различным соотношением А1/С1 (ОХА 1,74; ОХА 1,83) производства ЗАО «Сибресурс» (г. Новосибирск) и хлорное железо FeClз•6H2O. Для подбора оптимального типа и дозы реагента был проведен следующий эксперимент: готовили растворы реагентов, содержащие 1 мг металла (А1 или Fe) в 1 мл раствора. Расчетный объем раствора реагента добавляли к 250 мл исходной воды, интенсивно перемешивали в течение нескольких секунд и переливали в мерный цилиндр объемом 250 мл. Пробы отстаивали в течение 2-х часов. В исходной и осветленной воде определяли содержание органических загрязнений по анализу перманганатной окисляемости (ПО, мгО2/дм3) [1]. Кроме этого, эффективность реагентной обработки оценивали визуально. Перманганатная окисляемость исходной воды составляла 292 мгО2/дмз.
Наибольший эффект снижения перманганатной
окисляемости достигнут при использовании в качестве реагента ПОХА дозой 60мг/дмз. Результаты эксперимента приведены в табл.1.
Второй этап исследований был проведен на сточной воде, отобранной в ноябре 2013 г. Исходная вода характеризовалась меньшим содержанием органических загрязнений (74,2 мг/дм3). При выполнении работ этого этапа была проверена возможность реагентной обработки воды с применением минеральных коагулянтов, полимерных флокулянтов и их сочетания.
Как видно из результатов, приведенных в табл. 2, добавление только флокулянта к обрабатываемой воде никакого эффекта не дает. Хлопьеобразование идет в самый начальный момент. Хлопья единичные, «тряпкообразные», жидкость мутная.
Далее была проверена эффективность реагентной обработки воды коагулянтом ПОХА с добавлением флокулянта Zetag «7485». Результаты представлены в табл. 3.
Таблица 1
Влияние типа и дозы реагента на эффективность удаления органических загрязнений
Доза металла, мг/л Вид коагулянта
ПОХА ОХА (А1/С1 1,74) ОХА (А1/С1 1,8) РеСЬ
ПО, мгО2/дмз Э, % ПО, мгО2/дмз Э, % ПО, мгО2/дмз Э, % ПО, мгО2/дмз Э, %
80 86 70,5 118 59,6 114 61,0 102 65,1
60 78 73,3 114 61,0 106 63,7 106 63,7
40 98 64,3 122 58,2 106 63,7 166 43,2
20 114 61,0 138 52,7 105 64,0 150 64,7
10 130 55,5 158 45,9 156 46,6 190 34,9
Таблица 2
Результат эксперимента по обработке воды флокулянтом 1е1ад_
Номер Объем Доза флокулян- Объем 0,1% раствора Перманганатная окисля- Эффект
опыта пробы, мл та, мг/дмз флокулянта, мл емость (ПО), мгО2/дмз. очистки, %
1 250 0 0 74,2
2 250 1 0,5 74,1 0,1
3 250 3 1,5 74,2 0
4 250 5 2,5 74,0 0,27
5 250 7 3,5 73,9 0,4
6 250 10 5,0 74,1 0,1
Таблица 3
Результат реагентной обработки воды коагулянтом ПОХА с добавлением флокулянта 1&ад
Номер опыта Объем пробы, см3 Доза коагулянта ПОХА, мг/дмз Доза флокулянта, мг/дмз Окисляемость, мгО2/дмз Эффект очистки, % Визуальные наблюдения после 2-часового отстаивания
1 250 10 2 49,4 33,4 Осадка практически нет, вода мутная
2 250 20 2 11,5 84,5 Весь осадок осел, есть зависшие хлопья, вода прозрачная
3 250 40 2 14,8 80,1
4 250 60 0 16,5 77,8 Основная масса хлопьев осела, есть зависшие хлопья
5 250 60 2 28,04 61,7 Основная масса осадка всплыла, вода мутная, есть зависшие хлопья
6 250 80 2 29,6 60,1 Весь осадок всплыл, вода мутная
Результаты эксперимента показали, что для сточной воды с меньшим содержанием органических загрязнений хорошие результаты (эффективность очистки 84,5%) достигаются при дозе коагулянта 20 мг/дмз. В дальнейшем при одной и той же дозе коагулянта варьировали дозу флокулянта Zetag «7485». Результаты приведены в табл. 4.
Анализируя данные двух последних экспериментов, можно сделать вывод, что добавление флокулянта Zetag «7485» значимого увеличения эффекта очистки не дает.
В дальнейшем диапазон исследуемых коагулянтов и флокулянтов был расширен. Дополнительно к исследованным коагулянтам на той же сточной воде было проведено две серии опытов с такими коагулянтами, как гидроксохлорид алюминия, гидроксохлор-
сульфат алюминия, бриллиант, ПОХА, сульфат алюминия (СА). Во всех опытах доза коагулянта была постоянной и составляла 20 мг А1/дмз. Перманганатная окисляемость исходной воды в первой серии опытов составила 93,9 мгО2/дмз, во второй - 87,4 мгО2/дмз.
Полученные данные представлены в табл. 5 и 6.
Таким образом, в отличие от данных, полученных в первой серии опытов, ПОХА проявил себя хуже, чем остальные коагулянты. Наилучший эффект очистки был получен при использовании сульфата алюминия. Поэтому мы посчитали целесообразным проверить эффективность совместного применения сульфата алюминия с традиционно применяемым флокулянтом РгаеБЬ! (Рг). Исходное значение перманганатной окисляемости обрабатываемой воды 87,4 мгО2/дмз. Данные эксперимента приведены в табл. 7.
Таблица 4
Результат реагентной обработки воды коагулянтом ПОХА с добавлением флокулянта 1&ад
Номер опыта Объем пробы, смз Доза коагулянта, ПОХА мг/дмз Доза флокулянта, мг/дмз Окисляемость, мгО2/л Эффект очистки, % Визуальные наблюдения после 2-часового отстаивания
1 250 20 0 28,04 62,2 Во всех пробах осадок в основном осел, есть зависшие хлопья. Всплытия осадка не наблюдается. Наилучшее осветление в пробе без добавления флокулянта и в пробах с дозами флокулянта 0,5 и 3 мг/л
2 250 20 0,5 28,04 62,2
3 250 20 1,0 34,63 53,3
4 250 20 1,5 34,63 53,3
5 250 20 2,0 29,68 59,0
6 250 20 2,5 49,47 33,3
7 250 20 3,0 26,38 64,4
Таблица 5
Влияние типа и дозы реагента на эффективность удаления органических загрязнений (первая серия)
Номер опыта Объем пробы, смз Доза коагулянта, мг/дмз Тип коагулянта Окисляемость, мгО2/дмз Эффект очистки, %
1 250 20 Гидроксохлорид алюминия 58,72 37,5
2 250 20 Гидроксохлорсульфат алюминия 27,9 70,3
3 250 20 Бриллиант 41,1 56,2
4 250 20 ПОХА 52,8 43,8
5 250 20 Сульфат алюминия 22,0 76,6
6 250 20 ОХА (А1/С1 1,74), 54,3 42,2
7 250 20 ОХА (А1/С1 1,83), 63,1 32,8
Таблица 6
Таблица 6
Влияние типа и дозы реагента на эффективность удаления органических загрязнений (вторая серия)
Номер опыта Объем пробы, смз Доза коагулянта, мг/дмз Тип коагулянта Окисляемость, мгО2/дмз Эффект очистки, %
1 250 20 Гидроксохлорид алюминия 31,33 64,2
2 250 20 Гидроксохлорсульфат алюминия 44,5 49,1
3 250 20 Бриллиант 41,1 53,0
4 250 20 ПОХА 84,1 3,8
5 250 20 Сульфат алюминия 26,4 69,8
Таблица 7
Влияние дозы флокулянта на эффективность удаления органических загрязнений
Номер опыта Объем пробы, смз Доза коагулянта, СА мг/дмз Доза флокулянта РгаеБЬ!, мг/дмз Окисляемость, мгО2/дмз Эффект очистки, %
1 250 20 0 26,4 69,8
2 250 20 0,5 28,03 67,9
3 250 20 1,0 13,2 84,9
4 250 20 1,5 19,8 77,3
5 250 20 2, 0 28,0 67,9
Формирование хлопьев идет сразу же после добавления флокулянта. Осадок частично всплывает, частично оседает. Чем выше доза РгаеБЬ!, тем больше доля всплывшего осадка. Максимальный эффект очистки получен при дозе РгаеБЫ 1,0 мг/дмз.
Таким образом, наилучшие результаты получены при использовании сульфата алюминия и флокулянта РгаеБЬ!.
Для получения математических зависимостей эффекта очистки от дозы реагентов проведен плановый эксперимент по методу Бокса-Хантера [2]. В качестве факторов, от которых зависит процесс очистки сточных вод, приняты следующие:
-Х1 - доза коагулянта, мг/ дм3;
- Х2 - доза флокулянта, мг/ дм3.
В качестве выходных учитываемых параметров приняты:
- У1 - окисляемость очищенной воды, мгО2/ дм3;
- У2 - объем осадка, %;
- У3 - изменение рН, ед;
- У4 - эффективность очистки, %.
Число опытов в матрице планирования при К=2 равно 13.
Факторы и уровни варьирования приведены в табл. 8.
В результате обработки полученных данных были рассчитаны коэффициенты уравнений регрессии второго порядка и их ошибки.
После перевода уравнений в натуральный вид были получены зависимости, приведенные на рис. 1.
Из приведенных зависимостей можно сделать следующие выводы:
- с увеличением дозы коагулянта эффективность очистки возрастает;
- оптимальная доза флокулянта зависит от дозы коагулянта;
- с увеличением дозы коагулянта изменение рН возрастает;
- объем образовавшегося осадка увеличивается с увеличением дозы коагулянта и падает при его передозировке, очевидно, из-за нарушения процесса коагуляции.
При проведении экспериментальных исследований эффективность очистки воды оценивали показателем перманганатной окисляемости, который может быть использован только для получения сравнительных результатов. Поэтому, после установления оптимальных параметров реагентной обработки воды, пробы до и после обработки были проанализированы на показатели ХПК [3].и БПК5 [4]. Результаты представлены в табл. 9.
Как показал анализ, снижение ХПК составило 74%, а БПК5 - 65,5%. ХПК характеризует общее наличие окисляемых загрязнений, а БПК - содержание биоразлагаемой органики. Важно, что после реагентной обработки доля биоразлагаемой органики возросла в 1,5 раза. Это говорит о том, что данным методом преимущественно удаляется трудно разлагаемая органика.
Таблица 8
Факторы и уровни их варьирования
Фактор Интервал 1,41 1 0 -1 -1,41
XI 15 61,15 55 40 25 18,85
Х2 1 3,41 3 2 1 0,59
Наименование показателя Ед. измерения Сточная вода цеха 9б Эффект очистки, %
до обработки после обработки
ХПК мгО2/дмз 876 228 74
БПК5 мгО2/дмз 180,2 62 65,5
Отношение БПК/ХПК - 0,2 0,3 -
Таблица 9
Результаты контроля сточной воды по показателям ХПК и БПК5
СП
о
"V зм
260
са
г
220 т но ж
Зависимость гжис.ояемоцпи от дозы Флокцлянта
"7*\
н-^itXl-í,ltllЗXl',^Xг.l^w/Л^^ ^-№ЯÍ>MJÍЯ)rWlЯ!ÍД-^■ ХМ1 т/Ьг'
з- ут-и.и-е. т-о.аях^ хг-з т/зн*
XI- яеацрМНМ, М/Зн* гч ог/Зн*
ЗаЬисимость окислвемости от дозу коагулянта
1-УтЗВ, IX. 1 Хш&т/Зг?
1 -иаЗДЬМЯГл* 9Х.':Х*Ы т/Эк1
з- Иг-гю, ц-г*. пх,-л. гх,'; х~55 т/т'
Хм- 39X9 н?/3п*
У— жисляпоопь, м!.с,/3г^
0,59
ЗАГ
21
ГО
гп
0 ч
1
тз —1 ч
-г.
ю О
Ю ^
ю о
3 £
Зависимость одъена осадка от дозы флокулянта
Зависимость изменения рН от дозы фпокулЯмта
0,1! 1 2 3
.Ту эффекта очистки ел) Зозь*
флскцляняа
ЗА'
1-Я—здя.кдГгДОМ' 1 Х**1 М/дк'
3- Л— пг/Зн1
Л- ¿огг нг/Зн1
оГрАр X
1 игхг-о.оссш,'; Хл? яг/Зп'
у. ^ЦЫ,01Х,ш/Зн'
Кг ковгултяя, т/Эк1
1 - »•ЗДМ'г-Д И 7Х,' не/дн1 1 -^¡¿,¿7-0,01X^2, Я7Х,'- яг/г*' 3- К7Х,':Х,-Знс/Зп'
Хв-3*Н КИфМКВ*. Ш/Эм*
&
В £
I
0,59 1
10
г,о 11
0.5 0
Зависимость объема осадка от дозы коагулянта
те, ц
21
6Ш
Забисиюавь изменения рн от до вы коагулянта
- = <
1 - >М,19-(, НХ.-19Х,'. нг/Зн1 I Ц-!,иХ,-1 IX,'; Х~и> Ы/ЗИ?
з- тг-зм-т,'.- х-55
X,- З919
Я-сймен еСр&с, Л'
) - й-г ЯЫОЯЛ } т/ля' - ^ -&■/.№(> Мин., Хм нс/гиг'
3- й-!.
25 40 55 о), ¡>
очиетмш еда кобгуЯнМа
3 * ---Ь
А. — * - ■
1
1 -У^ЗЗ.и+П&х.-я.имх,': т/Зх'
1-У—15,0^.7,21X^2,001Х, '■ Хт& м/З^ X,- Зою ю/Зн1
21
¿0
51
61.11
Рис. 1. Зависимости выходных параметров от факторов
Раапборно-хранцлцщный бак коагулянта
Расходный бак
Кран ручной г/п 1шт
Установка для приготовления РгаезЫ (Рг)
вертикальный отстойник с ОоЗобаротной камерой хлопьеоора заоания
ОтОод проны йной йоды
-М2- Сточная Ьо&а пос/ю лфот «ч/ч»пгв и очиапки
-ш- Сырой осадок
-XI- Коагулянт АИл(50*)ж
-Х2— Рга ¿?5 Ш &>г>
-АО- Пода че Ьиздцхе
Рис. 2. Технологическая схема очистки сточных вод завода синтетического каучука
В результате исследований разработана технологическая схема локальных очистных сооружений, включающая: реагентное хозяйство, смеситель, вертикальный отстойник со встроенной камерой хлопье-образования и механический фильтр. Схема приведена на рис. 2.
Было проведено технико-экономическое сравнение 2-х вариантов: 1 вариант - строительство локальных очистных сооружений (ЛОС) на общем стоке завода, 2 вариант - строительство ЛОС на стоке цехов, которые являются основными источниками поступления органики. Расчеты показали, что эксплуатационные затраты и капитальные вложения в первом варианте практически в 2 раза выше, чем во втором. Кроме того, сокращение платы за выбросы выше во втором варианте. Поэтому выбран второй вариант.
По принятому варианту был разработан генплан очистных сооружений. Для реализации предложенной схемы потребуется строительство 4-х вертикальных отстойников со встроенной камерой хлопьеобразова-
ния диаметром 6 м, здания с 4-мя фильтрами размером 3х4 м каждый и блока реагентного хозяйства, расположенного в здании фильтров.
По проделанной работе можно сделать следующие выводы:
1. Реагентная обработка сточных вод завода СК позволяет снизить загрязненность сточных вод по показателю ХПК на 70-74%.
2. Наиболее эффективным оказался традиционный коагулянт - сульфат алюминия в сочетании с флокулянтом РгаеБЫ.
3. Поскольку значение ХПК в химзагрязненном стоке завода СК колеблется, доза коагулянта должна подбираться оперативно.
4. При реагентной обработке преимущественно удаляется бионеразлагаемая органика.
5. Для строительства локальных очистных сооружений потребуется площадка размером 60х72 м2.
Статья поступила 12.07.2014 г.
Библиографический список
1. ПНД Ф 14.1 ;2;4.154-99 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений перманганатной окисляемости в пробах питьевых, природных и сточных вод.
2. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств М.: Высшая школа, 1991.
3. ПНД Ф 14.1 ;2.100-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений химического потребления кислорода в пробах природных и очищенных сточных вод.
4. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 (ФР.1.31.2007.03796) Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений биохимического потребления кислорода после п-дней инкубации (БПК(полн)) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах(с изменениями и дополнениями).
5. Карасек Ф., Клемент Р. Введение в хромато-масс-спектрометрию / пер. с англ. М.: Мир, 1993. 237 с.
УДК 697.95-5.628.87
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ВО ВРЕМЯ РЕЗКОГО ПОХОЛОДАНИЯ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА
© А.Г. Рымаров1, М.И. Ботнарь2
Московский государственный строительный университет, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.
Динамика температуры наружного воздуха во время резкого похолодания важна для анализа фактического теп-лопотребления зданием в период максимальной нагрузки на систему отопления. На основе многолетних исследований хорошо известна динамика процесса в середине двадцатого века, однако холодный период той поры сильно отличается от современного в связи с всемирным потеплением. Сопоставление полученных данных позволяет подвести основу прогнозирования параметров микроклимата в зданиях и сооружениях при резких изменениях температуры наружного воздуха в наши дни. Ил. 5. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: температура наружного воздуха; период резкого похолодания; параметры микроклимата в помещении.
FEATURES OF EXTERNAL AIR TEMPERATURE CHANGE UNDER SHARP COOLING IN THE COLD PERIOD OF THE YEAR A.G. Rymarov, M.I. Botnar
Moscow State University of Civil Engineering,
1Рымаров Андрей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры отопления и вентиляции, тел.: (910) 4073857, e-mail: [email protected]
Rymarov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heating and Ventilation, tel.: (910) 4073857, e-mail: [email protected]
2Ботнарь Максим Игоревич, аспирант, тел.: (499) 1883607, e-mail: [email protected] Botnar Maxim, Postgraduate, tel.: (499) 1883607, e-mail: [email protected]
