ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЛОКУЛЯНТОВ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

АННОТАЦИЯ

Очистка сточных вод промышленных предприятий, особенно образующихся на предприятиях газовой переработки, является одной из ключевых экологических задач современности. Одним из наиболее эффективных методов очистки таких вод считается физико-химическая очистка. Преимуществом данного метода является его универсальность: он может использоваться как самостоятельно, так и в комбинации с другими методами очистки.

Основным принципом защиты водных объектов от загрязнения является создание рациональных систем водопользования для промышленных предприятий, которые предусматривают либо полный отказ от сброса сточных вод, либо их минимальный выпуск в водоёмы. В условиях современных экологических вызовов этот подход становится всё более актуальным.

ABSTRACT

The treatment of wastewater from industrial enterprises, particularly those generated by gas processing plants, is one of the key environmental challenges of our time. Physicochemical treatment is considered one of the most effective methods for purifying such waters. The advantage of this method lies in its versatility: it can be used both independently and in combination with other treatment methods.

The fundamental principle of protecting water bodies from pollution is the creation of rational water management systems for industrial enterprises, which provide either a complete elimination of wastewater discharge or minimal discharge into water bodies. In the face of contemporary environmental challenges, this approach is becoming increasingly relevant.

Ключевые слова: адсорбция, Na-КМЦ натрий-карбоксиметилцеллюлоза, ПАА полиакриламид, взвешенные вещество, флокулянт, бентонит.

Keywords: Adsorption, Na-CMC (sodium carboxymethyl cellulose), PAA (polyacrylamide), suspended solids, flocculant, bentonite.

Введение. В связи с этим развитие химических методов очистки, основанных на использовании флокулянтов, становится важным направлением исследований. Разработка эффективных составов флокулянтов на основе водорастворимых полимеров, изучение их физико-химических и реологических свойств, а также внедрение передовых технологий очистки сточных вод являются одними из наиболее актуальных задач сегодняшнего дня. Это позволяет не только повысить эффективность очистки, но и минимизировать воздействие на окружающую среду, что имеет стратегическое значение для устойчивого развития промышленности [1,c.11; 2,c.486].

Учитывая вышеизложенное, в данном разделе представлены результаты исследования кинетических закономерностей адсорбции флокулянтов на основе водорастворимых полимеров Na-КМЦ и ПАА в соотношении 1:0,5 и 1:1 по массе.

Анализ литературных данных показал, что адсорбция полимеров на минеральных дисперсных частицах демонстрирует положительные результаты, подтверждающие их высокую эффективность [3,c.129; 4,c.615; 5,c.141;6,c.160].

Рисунок 1. Кинетика адсорбции при флокуляции сточной воды Мубарекского газоперерабатывающего завода с использованием Na-КМЦ и ПАА в соотношении 1:1. Загрязнение сточной воды, мг/л: 1 – 65, 2 – 98, 3 – 114.

Материалы и методы. В процессе проведения наших экспериментов основное внимание уделялось очистке сточных вод предприятий газовой переработки от таких загрязняющих веществ, как хлориды, сульфаты, взвешенные частицы и нефтепродукты. Очистка осуществлялась с использованием предложенной композиции полимерных флокулянтов, что стало предметом детального изучения [7,c.17; 8,c.35-37].

Исследование кинетики адсорбции флокулянтов на частицах загрязнений (рис.1) позволило обосновать оптимальные условия смешивания флокулянтов со сточной водой. Эти условия были экспериментально подтверждены, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного подхода [9,c.117; 10,c.221].

Результаты и обсуждение. Длительность процесса смешивания совпадает с моментом достижения максимального значения адсорбции макромолекул флокулянтов на частицах загрязнений. При градиенте скорости G = 300 с⁻¹, то есть при интенсивном смешивании, максимальная адсорбция наблюдается в интервале 10–20 минут.

Зависимость интенсивности смешивания образцов сточных вод различного объёма в лабораторных условиях от среднего градиента скорости представлена на рис.2.

Эксперименты по определению оптимальных доз флокулянтов и сравнению их эффективности в очистке сточных вод проводились в следующей последовательности: смешивание, флокуляция (образование флокул), отстаивание. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность предлагаемого метода и подчеркивают необходимость точной регулировки параметров процесса для достижения наилучших результатов.

Рисунок 2. Зависимость интенсивности смешивания от градиента скорости

1 – объем смеси 0,5 литра; 2 – объем смеси 1,0 литра

После добавления флокулянта смешивание осуществлялось при среднем градиенте скорости 300 с⁻¹ в течение 5 минут, а процесс флокуляции — при среднем градиенте скорости 50 с⁻¹ в течение 8–10 минут. Время отстаивания измерялось до достижения скорости оседания частиц 0,5 мм/с.

Результаты флокуляции бентонитовых суспензий с содержанием взвешенных частиц от 100 до 400 мг/л (ЭЗК = -3,2 мВ) представлены в таблице. Полученные данные показывают, что для флокуляции бентонитовых суспензий можно использовать как катионные, так и анионные флокулянты [11,c.182-184; 12,c.22]. Эффективность очистки сточных вод на промышленных предприятиях достигает 87–95,7%. Дозы флокулянтов снижаются с увеличением количества заряженных или ионогенных групп, независимо от их молекулярной массы (рис. 3a, 3b). Эффективность очистки возрастает с увеличением молекулярной массы флокулянта (рис.3).

а)

b)

Рисунок 3. Зависимость изменения концентрации взвешенных веществ в составе сточных вод от дозы флокулянтов.  Соотношение Na-КМЦ:ПАА = 1,0:0,5.

1 – молекулярная масса ПАА – 30 млн; 2 – молекулярная масса ПАА – 10 млн; (Cнач. = 100 мг/л). а) сточные воды текстильных фабрик; b) сточные воды газоперерабатывающих предприятий

В этом случае степень очистки больше зависит от молекулярной массы флокулянтов, чем от изменяющихся параметров, таких как заряд и концентрация ионогенных групп.

Это согласуется с теоретическими представлениями о механизме флокуляции. Увеличение содержания бентонита в суспензии до 7 г/л не влияет на оптимальную дозу флокулянтов, которая остаётся постоянной. При этом удельный расход флокулянтов уменьшается, а остаточное содержание взвешенных веществ в воде несколько возрастает с увеличением начальной концентрации бентонита (таблица 1).

Таблица 1.

Эффективность флокуляции бентонитовых суспензий при различных начальных концентрациях флокулянтов

*Gфлок=55 с⁻¹; tфлок=15 мин; tотст=5 мин

Изменение химического состава минеральных смесей может также изменять дозу используемого флокулянта. Например, для очистки воды от веществ с низкой концентрацией в сточных водах оптимальная доза флокулянта составляет 0,25 мг/л. Для очистки растворов с высокой концентрацией загрязняющих веществ наиболее эффективная доза флокулянта составляет 0,5 мг/л.

Рисунок 4. Зависимость количества взвешенных веществ в составе сточных вод от дозы флокулянта. Соотношение Na-КМЦ:ПАА=1:1.

1-сточные воды текстильных предприятий; 2-сточные воды газоперерабатывающих предприятий

Результаты проведённых экспериментов (рис. 4) показали, что раствор флокулянта с массовым соотношением Na-КМЦ и ПАА 1:1 обладает высокой эффективностью. При дозировке флокулянтов в диапазоне 0,1–0,5 мг/л достигается максимальная эффективность осветления раствора (94–97,0%). Анионные флокулянты с одинаковым зарядом взаимодействуют с положительно заряженными поверхностями минералов благодаря наличию различных функциональных групп, которые формируют химические, ковалентные или водородные связи [13,c.18-21; 14,c.27-30].

Заключение. Таким образом, можно сделать вывод, что для очистки сточных вод, содержащих минеральные взвешенные частицы, можно эффективно использовать флокулянты на основе Na-КМЦ и ПАА. В результате эффективность очистки от взвешенных частиц оказалась на 17–20% выше по сравнению с результатами, полученными другими авторами при флокуляции аналогичных дисперсных систем.

Список литературы:

1. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П. Повышение эффективности реагентной обработки воды на водопроводных станциях. ВСТУ/ Водоснабжение и санитар­ная техника.- 2000.-N» 5.-С. 11.
2. Кисленко В.Н., Берлин Ад. А., Молдованов М.А., Коливошко С.Н. Про­стейшая кинетическая модель процесса флокуляции // Химия и технология во­ды. - 1991. - 13. -№ 6. -С. 486.
3. Липатов Ю.С., Сергеева Л.М. Адсорбция полимеров.- Киев: Наукова Думка, 1972.-С 128-132.
4. Малликополу Г., Цумеркас Ф., Ксенос Д. Использование измерения числа частиц в качестве индикатора эффективности завода по обработке воды // Во­да: экология и технология: Тезисы / Y Международный конгресс. - М., 2002.-С.615.
5. Баран А.А. Полимер-содержащие дисперсные системы. - Киев: Наук. Думка, 1986.- С 138-142.
6. Зайцев B.C., Изумрудов В.А. Использование водорастворимых полика­тионов невысокой степени полимеризации для выделения и концентрирования белковых веществ // Свойства и применение водорастворимых полимеров: Те­зисы /2-ая Всесоюзная научно-техн. конференция. - Ярославль, 1991.- С. 160.
7. Гандурина Л.В., Буцева Л.Н., Штондина B.C., Меншутин Ю.А., Фомичева Е.В.,Воронов В.И. Интенсификация очистки промышленно-ливневых вод на Угрешских очистных сооружениях. ВСТ // Водоснабжение и санитарная тех­ника. - 2004.-№ 5.-С. 17.
8. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод (Справочное пособие). - М.: Стройиздат.- 1977. – 35-37.
9. Ясминов А.А., Орлов А.К., Карелин Ф.Н., Рапопорт Я.Д. Обработка воды обратным осмосом и ультрафильтрацией. - М.: Стройиздат, 1978.-С.21, 110-111, 113-114,116-119.
10. Савдур С.Н., Понкратова С.А. Системный подход в моделировании технологического процесса очистки нефтесодержащих сточных вод // Вестник Казан. технологический. университета. - 2010. - № 7. - С. 218 - 226.
11. Избуллаева М.С., Амонова М.М., Амонов М.Р. Изучение эффективности флокулянтов при очистки сточных вод промышленных производств // Научно-технический и прикладной журнал Узбекистана "Композиционные материалы". Ташкент, №4, 2023 год, стр. 182-184.
12. Избуллаева М.С., Амонов М.Р., Амонова М.М. Использование флокулянтов в системах очистки сточных вод // Univеrsum: Технические науки. Научный журнал. Выпуск: 11(116) Москва ноябрь 2023 г. Часть 5. C.20-23
13. Данилович Д. А. Обеспечение энергоэффективности процессов очистки сточных вод и обработки осадка в новациях СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения». Чистый город. - 2013. - № 1. - С. 18- 21.
14. Избуллаева М.С., Амонова М.М., Амонов М.Р. Изучение эффективности  флокулянтов для очистки сточных вод газопере-рабатывающих производств // Univеrsum: Технические науки. Научный журнал. Выпуск: 3(120) Москва март 2024г. Часть 5. C. 27-30.