IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Наиболее широкое распространение в качестве коагулянтов, как в России, так и за рубежом, получили соли алюминия, железа, кальция. Особое место, в силу относительной простоты получения и высокоэффективной работы коагулянта, занимает сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃), который и является коагулянтом, получаемым по предлагаемой в данной работе технологии. Основным сырьем для сульфата алюминия является гидроксид алюминия. Но так как гидроксид алюминия является дорогостоящим и дефицитным продуктом, то использование его в качестве сырья нерационально. Поэтому более целесообразно получать этот продукт из дешевого и распространенного алюминиевого сырья, например каолинов, бокситов, нефелинов, алунитов.

В данной работе для выполнения поставленных целей предлагается способ получения коагулянта, где в качестве алюминийсодержащего сырья для его производства используется вещество, являющееся отходом травления алюминийсодержащих сплавов на заводе алюминиевых конструкций. (Травление - это химическое или электрохимическое растворение материалов с практической целью).

Рентгеноструктурный анализ высушенного при 100 ^оС отхода показал наличие в основном сырье следующих модификаций оксида алюминия α- Al₂O₃·3H₂O;  Al₂O₃ ·2H₂O (96-98%), остальные 2 - 4% составляют примеси различных металлов, загрязнений.

Получение коагулянта осуществляется по схеме, изображенной на  рисунке 1.

Технология получения коагулянта следующая. В термостойкий химический стакан помещается отход, заливается серной кислотой, содержимое стакана нагревается в течение 2 ч на водяной бане при температуре 70 - 80^оС, периодически перемешивается. Происходит разложение исходного сырья под действием серной кислоты и повышенной температуры. Далее смесь охлаждается при комнатной температуре в течение 24 ч. Через указанный промежуток времени смесь фильтруется через складчатый бумажный фильтр, освобождается от нерастворимого осадка. Можно предположить, что осадок состоит из примесей, находящихся в исходном отходе, а в некоторых образцах, где концентрация кислоты недостаточна, и из ионов непрореагировавшего алюминия. Оставшийся осадок утилизируется на полигон твердых бытовых отходов (ТБО). Образовавшийся фильтрат является раствором коагулянта. Полученный коагулянт состоит из сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃), и незначительную часть составляют компоненты, перешедшие в раствор из отхода. Срок хранения получаемого коагулянта сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) 3 месяца.

Для растворения отхода использовалась серная кислота с массовой долей 6%; 12%; 24% и 30%. Интервал концентрации кислоты выбран на основании патентного поиска. Как показывают литературные источники, для получения коагулянта наиболее целесообразно применять серную кислоту с массовой долей от 5 до 25%, в зависимости от используемого сырья.

В ходе работы выяснено, что смесь, полученная растворением отхода серной кислотой с массовой долей 30% не удалось отфильтровать, так как при охлаждении ниже 30°С образец кристаллизовался. В то же время происходит растворение из отхода примесей, которые содержатся в отходе в малых количествах. К таким примесям относятся, например, магний, железо, медь (0,02-0,05 %). При обработке отхода серной кислотой с массовой долей 6 % происходит недостаточное растворение алюминия, содержащегося в отходе, значительная доля алюминия остается в осадке, получается низкоэффективный коагулянт.

Образцы растворов коагулянтов, получаемые при растворении отхода серной кислотой с массовой долей 12% и 24% проявляют видимый эффект коагуляции. Для изучения влияния концентрации кислоты на условия выделения алюминия из отхода для получения четырех исследуемых образцов коагулянтов к 1 части коагулянта добавляется 0,6 и 1,2 части серной кислоты с массовой долей 24% и 0,6 и 1,2 части серной кислоты с массовой долей 12%. Наглядно это показано на рисунке 2.

Полученные образцы коагулянтов, называемые далее К1, К2, К3, К4, подвергаются дальнейшим лабораторным исследованиям с целью определения эффективности действия полученных коагулянтов, оптимальных параметров ведения процесса обработки воды коагулянтами, а так же выявления коагулянта, обладающего лучшим действием очистки.

Через заданные промежутки времени проверяется эффективность действия коагулянтов и выявляются оптимальные параметры ведения процесса. Коагуляционная очистка применяется, прежде всего, для извлечения из сточных вод трудноудаляемых взвешенных веществ. Поэтому качество работы коагулянта проверялось на эффективности удаления взвешенных веществ, а также солей железа. Результаты экспериментов, проведенных с полученными образцами коагулянтов К1, К2, К3, К4. В качестве примера на рис. 3,4 приведены результаты  графически показаны на рисунках 3,4.эксперимента с применением коагулянта К1.

Сравнительная характеристика подученных коагулянтов приведена на рисунках 5, 6.

Из рисунков видно, что коагулянтом, обладающим наилучшим действием, является раствор коагулянта К4, то есть полученный путем растворения 1 части отхода в 1,2 части серной кислоты с массовой долей 12 %. Это можно объяснить тем, что при растворении отхода серной кислотой с массовой долей 12% происходит полный переход ионов алюминия в раствор и получается коагулянт, содержащий минимальное количество примесей. Использование кислоты более концентрированной, то есть с массовой долей 24% приводит к тому, что из отхода в раствор переходит большее количество примесей, мешающих процессу коагуляции, а часть ионов алюминия остается в осадке. В случае применения коагулянта К4 эффект удаления солей железа составляет - 76,5 %, взвешенных веществ - 67,37 %.

Полученный в ходе работы коагулянт позволяет повысить эффективность очистки сточных вод, интенсифицировать процесс очистки, снизить экологический ущерб более чем в 3 раза, уменьшить экономические затраты предприятия в связи со снижение платы за сброс загрязняющих веществ, так как концентрация загрязнений после очистки снижается до норм ПДК, а так же за счет экономии на покупке дорогостоящих реагентов. Использование полученного коагулянта улучшает не только улучшить экономический и экологический факторы, но и социальный фактор.

Список использованных источников

1. Запольский, А.К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение [Текст] /А.К. Запольский, А.А. Баран. - Л.: Химия, 2000. - 208 с.
2. Гомеля, Н. Д. Новый метод получения высокоэффективных коагулянтов [электронный ресурс] / М. - 2008. -  Режим доступа http://www.ecologylife.ru/voda-i-zdorovje-2003/novyiy-metod-polucheniya-vyisokoeffektiv, свободный  - Заглавие с экрана.
3. Кручинина, Н.Е. Очистка сточных вод алюмокалиевым флокулянт-коагулянтом [Текст] / Н.Е. Кручинина, А.Е. Бакланов // Экология и промышленность России. - 2001. - №3. - С. 19-22.
4. Пономаренко, О.В. Способ получения коагулянта [электронный ресурс] / М. - 2009. - Режим доступа http:// www/ntpo/ com/patents_water/water_1/ water _176.shtml, свободный. - Заглавие с экрана.

Код для цитирования: Скопировать