Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Общие сведения о промышленных коагулянтах




Федеральное агентство по образованию

Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева

 

Кафедра «Технология неорганических веществ»

 

 

Реферат

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ СУЛЬФАТА АЛЮМИНИЯ

 

Выполнил: 

Смирнов А.С.

Проверил:

д.т.н., проф.

Михайлов Ю.И.

 

Н.Новгород 2008

 


Содержание

                                                                                                    

Введение                                                                                                   3

1. Общие сведения о промышленных коагулянтах                           4

2. Методы получения основных промышленных коагулянтов      14

  Заключение                                                                                           19

Список использованных источников                                                   21 

 

Введение

В связи с ростом промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунального водопотребления и усилением внимания к охране окружающей среды следует ожидать роста потребности в реагентах для очистки питьевых и сточных вод.



Вместе с тем, осуществляемый перевод экономики страны на новые условия хозяйствования – хозрасчёт, самоокупаемость, самофинансирование – должен привести к более экономному расходованию коагулянтов, в том числе сульфата алюминия. С одной стороны, не будут заявляться избыточные количества в расчёте на урезание заявок, что всегда имело место в недалёком прошлом. С другой – более эффективное функционирование трудовых коллективов предприятий-потребителей будет способствовать снижению расходных коэффициентов за счёт совершенствования применяемой технологии; уменьшения непроизводительных потерь коагулянтов при их транспортировке, хранении, подаче в производство.

Происходящие перемены требуют пересмотра сложившихся взглядов на перспективу развития производства и технологии коагулянтов, в частности алюминийсодержащих /1/.

В связи с этим была начата поисковая научно-исследовательская работа (НИР) по получению коагулянта – сульфата алюминия в гранулированной форме.

 

Общие сведения о промышленных коагулянтах

 

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное количество воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды /2/.

Задача обеспечения населения Российской Федерации питьевой водой нормативного качества является в настоящее время одной из самых актуальных. Эта проблема приобрела кризисный характер в Приморском крае, Дагестане, Калмыкии и Бурятии, Архангельской, Калининградской, Ярославской и ряде других областей. В Калмыкии, Мордовии, Астраханской, Волгоградской, Курской, Оренбургской и Ярославской областях существует дефицит доброкачественной питьевой воды.

Сложившаяся ситуация обусловлена следующими причинами:

· несовершенство существующих технологий, их неспособность обеспечить очистку природных вод, сильно загрязнённых веществами антропогенного и природного происхождения (тяжёлыми металлами, биогенными элементами, хлорсодержащими органическими соединениями, фенолам и др.) до требуемых показателей;

· аварийное состояние 40% сетей водопровода, что приводит к вторичному микробному загрязнению питьевой воды;

· недостаточная мощность (или полное отсутствие) очистных сооружений систем водоотведения городов и предприятий промышленности и сельского хозяйства, приводящая к сбросу ненормативно очищенных (и неочищенных) сточных вод в поверхностные источники воды;

· недостаточная мощность (или отсутствие) систем оборотного водоснабжения в отдельных отраслях народного хозяйства, что приводит к завышенному забору природных вод для технологических целей и сбросу большого количества сточных вод;

· отсутствие отвечающих современным требованиям хранилищ для жидких и твёрдых отходов сточных вод, что приводит к загрязнениям подземных вод.

В настоящее время проводятся фундаментальные, поисковые и прикладные исследования с целью разработки технологий, сооружений и аппаратов нового поколения для приготовления питьевой воды, соответствующей мировым стандартам, и глубокой очистки сточных вод; разработки систем промышленного водопользования, создания технологий и технических средств по защите поверхностных и подземных источников питьевой воды от загрязнения /3/.

Сточные воды любого производства содержат примеси, которые могут быть отнесены к грубодисперсным (суспензии, эмульсии, размер частиц 10-2 – 10-5 см), тонкодисперсным (коллоидные растворы, высокомолекулярные соединения, 10-5 – 10-6 см), молекулярно-растворимым (10-6 – 10-7 см) и ионным (10-7 – 10-8 см) /4/. Присутствие двух первых из перечисленных выше примесей обуславливает наличие в воде взвешенных частиц, часто её цветность, химическое потребление кислорода сточной воды.

Удаление из сточной воды наиболее грубодисперсных частиц не представляет значительных трудностей. Для его осуществления широко применяют механические способы очистки (фильтрование, отстаивание, флотация). Более трудную задачу представляет удаление тонкодисперсных примесей. Биологическая очистка, которая широко применяется для удаления низкомолекулярных примесей, не может решить этой задачи.

Проблема очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей может быть решена и практически решается при использовании процесса коагуляции. Этот процесс представляет собой укрупнение мелких частиц под действием электролитов. Образовавшиеся в результате этого процесса частицы, имеющие значительно большую по сравнению с исходными частицами гидравлическую крупность (скорость седиментации), легко удаляются обычными механическими способами.

Как известно /5/, в отсутствие дополнительно введённого электролита многие дисперсные системы являются агрегативно-устойчивыми, частицы в которых самопроизвольно не слипаются. Причиной этого является наличие заряда на частицах и обусловленного им двойного электрического слоя, а также часто значительная гидрофильность, препятствующая подходу частиц на близкие расстояния, на которых преобладают молекулярные силы притяжения. Чем больше протяжённость двойного электрического слоя, окружающего частицы, и выше их электрический потенциал, тем больше ионно-электростатические силы отталкивания между одинаковыми частицами. Введение в дисперсную систему (сточную воду) электролита приводит к сжатию двойного электрического слоя и часто к уменьшению электрического потенциала частиц, что в свою очередь вызывает уменьшение ионно-электростатических сил отталкивания и как следствие приводит к потере агрегативной устойчивости – коагуляции.

Так как большинство загрязнений в сточных водах заряжено отрицательно, то коагулирующим действием обладают катионы введённого электролита, причём обычно чем выше заряд катиона, тем выше его коагулирующая способность /6/.

Вещества, способные вызвать коагуляцию частиц, называют в общем случае коагуляторами, а в водоподготовке – коагулянтами или гидролизующимися коагулянтами. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья.

Важная особенность коагулирования состоит в том, что при правильной организации процесса, помимо решения основной технологической задачи – очистка воды от тонкодисперсных примесей и коллоидных загрязнений, с его помощью можно добиться заметного удаления некоторых истинно растворённых примесей /7/.

Для очистки сточных вод применяют различные минеральные коагулянты, способные образовывать аморфные или мелкокристаллические структуры, малорастворимые в воде. Наиболее широкое распространение получили соединения алюминия, железа, магния и кальция.

Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозём) Al 2 ( SO 4 )3·18 H 2 O получил широкое распространение в России и за рубежом для очистки природных и сточных вод.

Гидроксид алюминия, образующийся при гидролизе солей алюминия, является типичным амфотерным соединением. В кислой и щелочной среде гидроксид алюминия растворяется. Гидроксид алюминия не растворим в дистиллированной воде, однако растворимость его в сточных водах может быть большой. Растворимость гидроксида алюминия в дистиллированной воде резко возрастает в пределах 4,5>pH>8.

В зависимости от состава примесей сточных вод процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить в пределах 4<pH<8.

С увеличением температуры растворимость гидроксида алюминия снижается. Основные соли алюминия также слабо растворяются в воде.

Для быстрого и полного протекания процесса гидролиза необходим некоторый щелочной резерв воды для связывания ионов водорода, выделяющихся при гидролизе. Этим щелочным резервом могут быть бикарбонат-ионы, присутствующие в воде, или специально введённые щелочные реагенты – известковое молоко, кальцинированная или каустическая сода.

В результате применения сульфата алюминия увеличивается степень минерализации сточной воды.

Для сточных вод, имеющих кислую реакцию, целесообразно применять алюминат натрия (NaAlO 2). имеется также возможность проведения процесса коагулирования без подщелачивания с одновременным использованием сульфата алюминия и алюмината натрия.

Очень перспективным коагулянтом является оксихлорид алюминия Al 2 ( OH )5 Cl. В Японии этот коагулянт применяется с 1966 г. Он получается из гидроксида алюминия и соляной кислоты. Основные преимущества оксихлорида алюминия, по сравнению с глинозёмом, - большое содержание алюминия в продукте, меньшее снижение щёлочности воды и меньшее повышение её солесодержания. Оксихлорид имеет более сильное коагуляционное действие и большую скорость хлопьеобразования. Хорошо растворяется в воде.

Получил также применение полихлорид алюминия [Al 2 ( OH ) n Cl 6- n]m ( SO 4 ) x, где 1 n 5, m 10. Этот коагулянт используется в виде растворов 10 или 30%-ной концентрации (по Al 2 O 3).

Предложен также коагулянт, получаемый из водорастворимых основных солей алюминия с общей формулой Aln ( OH ) m X 3 n - m, в которой Х – анион одновалентной минеральной кислоты (Cl -, NO 3 - и др.); 3n>m; основность соли, т.е. отношение 100(m:3n), составляет 30 – 83%. Этот коагулянт превосходит оксихлорид алюминия по рабочему диапазону pH, скорости хлопьеобразования и отстаивания, размерам осевших частиц, прозрачности полученной воды. Кроме того образуется меньшее количество осадка.

Для рекуперации белковых веществ из сточных вод предложено использовать в качестве коагулянта лигносульфонат алюминия, получаемый из лигносульфоната натрия или кальция путём ионообменной реакции.

В качестве коагулянтов могут быть применены алюмокалиевые квасцы [AlK ( SO 4 )2·12 H 2 O] или алюмоаммонийные квасцы [Al ( NH 4 )( SO 4 )2·12 H 2 O], имеющие меньшую стоимость и менее дефицитные, чем глинозём. Следует отметить, что при использовании алюмоаммонийных квасцов и наличии в очищаемой воде свободного хлора наблюдалось образование токсичных хлораминов.

Дешёвым коагулянтом является хлорид алюминия, который получают на нефтехимических комбинатах термическим гидролизом каталитического комплекса хлорида алюминия, применяемого в процессах изомеризации и при производстве этилбензола. Показана возможность использования этого коагулянта для очистки сточных вод производства синтетического спирта /8/.

Разработан способ получения оксихлоридосульфатов алюминия общей формулы Alm ( OH ) n Clk ( SO 4 ) m +2, где m = n + k /2+1, причём m – чётные числа, используемых в качестве коагулянтов /9/. Отличие структуры заявляемых оксихлоридосульфатов алюминия: Al 2 ( OH ) Cl ( SO 4 )4, Al 4 ( OH )5 Cl ( SO 4 )6, Al 4 ( OH )3 Cl 3 ( SO 4 )6, Al 6 ( OH )5 Cl 5 ( SO 4 )8, Al 6 ( OH )8 Cl 2 ( SO 4 )8 и др. от структуры известных заключается в наличии ковалентной связи между двумя атомами кислорода, обуславливающей образование цепочки, характерной для пероксидов. Заявленные оксихлоридосульфаты алюминия обладают высокой коагулирующей активностью. При их использовании в качестве коагулянтов для очистки бытовых и промышленных сточных вод выявлены следующие преимущества по сравнению с известными: повышение эффективности при низких температурах очищаемой воды; более широкая область оптимальных значений рН среды; повышение степени очистки воды в отношении широкого перечня контролируемых примесей (Zn 2+, Fe общ, Cr общ, F -, азот аммонийный, нефтепродукты, масла).

Соли железа. Сульфат железа (II) или железный купорос FeSO 4·7 H 2 O представляет собой прозрачные кристаллы зелёного цвета. Этот коагулянт может применятся при pH>9 – 10. Для уменьшения концентрации растворённого гидроксида железа (II) при более низких величинах pH производят окисление двухвалентного железа в трёхвалентное.

Процессы гидролиза и окисления солей железа (II) протекают эффективно при pH>8,0.

Положительное качество солей железа как коагулянтов – высокая плотность гидроксида, обеспечивающая получение плотных, тяжёлых хлопьев, оседающих с большой скоростью.

Коагуляция с использованием солей железа неприемлема для сточных вод, содержащих фенолы, так как образующиеся растворимые в воде феноляты железа интенсивно окрашены. Кроме того, гидроксид железа является катализатором, способствующим окислению некоторых органических веществ и образующим комплексные окрашенные соединения, растворимые в воде.

Следует отметить возможность использования в качестве коагулянта железного купороса, являющегося отходом производства диоксида титана и травления металла.

Хлорид железа (III) FeCl 3·6 H 2 O представляет собой тёмные кристаллы с металлическим блеском, очень гигроскопичен.

С целью повышения эффективности очистки сточных вод предложено использовать коагулянт, состоящий из смеси растворов сульфата алюминия и хлорида железа в соотношении 1:1 (по массе). Преимущества смешанного коагулянта: повышение эффективности очистки воды при низких температурах и улучшение седиментационных свойств хлопьев.

Однако трудности, связанные с хранением и приготовлением коагулянта, а также возможность повышения содержания ионов железа в очищенной воде при нарушениях технологического процесса, ограничивают применение смешанного коагулянта.

Соли магния. Хлорид магния предложено использовать для очистки сточных вод производства полистирольных пластмасс, а также вод, загрязнённых эмульгированными маслами. Очистка производится при рН 11,0.

Использование солей магния позволяет сократить продолжительность хлопьеобразования. Снижение температуры очищаемой воды практически не уменьшает эффективности её очистки.

В качестве коагулянтов могут быть использованы сульфат магния (MgSO 4·7 H 2 O) и хлорид магния (MgCl 2·6 H 2 O).

Для очистки сточных вод может быть использован известковый шлам с добавлением карбоната магния. При этом происходит осаждение Mg ( OH )2 и CaCO 3. Преимущества этого метода: вода в процессе очистки практически не загрязняется минеральными солями, имеется возможность регенерации Mg из осадка путём обработки его диоксидом углерода с образованием растворимого в воде бикарбоната магния, который может быть повторно использован.

Другие соли. Соли кальция используют для обесцвечивания сточных вод производства сульфатной целлюлозы. Предлагается применять в качестве коагулянтов оксихлорид циркония, сульфат циркония или их смесь с кремневой кислотой.

Кроме гидроксидов металлов, для коагуляционной очистки сточных вод используют нерастворимые фосфаты. С помощью фосфатной коагуляции производится эффективная очистка воды от радиоактивных примесей. Высокая степень дезактивации воды обеспечивается при соотношении Na 3 PO 4:Ca ( OH )2=2,2 и рН=11,3 – 11,5. Положительные результаты получены при одновременном использовании фосфата кальция и хлорида железа (III).

Использование карбоната кальция позволяет не только разрушать коллоидную систему, но и приводить к улучшению фильтруемости выпавшего осадка. Этот коагулянт может быть образован путём последовательной обработки сточной воды гидроксидом кальция и диоксидом углерода /8/.

Органические коагулянты. В последнее десятилетие в водоочистке наряду с минеральными начинают применяться органические коагулянты – водорастворимые катионные полимеры, которые в основном используются для очистки сточных вод и более полного обезвоживания осадков. Положительно заряженные макромолекулы органических коагулянтов взаимодействуют с отрицательно заряженными коллоидными частицами загрязнений в воде, вызывая их дестабилизацию и слипание частиц с образованием более крупных агрегатов. Стоимость органических коагулянтов выше, чем минеральных, однако при их применении возможна более глубокая очистка воды от коллоидных и взвешенных частиц. Кроме того, отказ от добавления минеральных коагулянтов уменьшает солесодержание в очищенной воде, что снижает нагрузку на ионитовые фильтры и уменьшает минерализацию сточных вод. Достоинством органических коагулянтов по сравнению с минеральными является возможность применения их в значительно меньших концентрациях, использование в широком интервале рН, а также отсутствие влияния их на кислотность среды.

Большой опыт применения органических коагулянтов накоплен в ЮАР. Многолетнее использование органических коагулянтов – полиаминов Zetafloc LP 526 выявило значительное улучшение качества питьевой воды и снижение её стоимости. При этом отмечается, что наилучшие свойства органических коагулянтов проявляются в узком интервале их концентраций, тогда как передозировка неорганического коагулянта не сказывается на качестве очищаемой воды.

Хорошие результаты дало применение органического коагулянта Kemazur 4535 на стадии предварительной очистки воды для электродиализной опреснительной установки цементного завода в Тунисе. Исходная вода этой установки характеризовалась резким изменением содержания взвешенных и коллоидных частиц, оптимальная же дозировка органического коагулянта и флокулянта позволила значительно улучшить качество обессоленной воды и увеличить производительность работы фильтров. Следует отметить, что тенденция к использованию в водоочистке органических коагулянтов преобладает в Северной Америке, тогда как в Европе применяют в основном разнообразные неорганические коагулянты /10/.

 

Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Читайте также:
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (117)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.022 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7