ПОЛУЧЕНИЕ РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОД ИЗ ТИТАНОСОДЕРЖАЩЕГО ШЛАМА

Гризодуб Н.Н., Спиридонова Л.Г.

Аспиранты Ростовского государственного строительного университета

 

ПОЛУЧЕНИЕ РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОД ИЗ ТИТАНОСОДЕРЖАЩЕГО ШЛАМА

Аннотация Целью исследования является выявление целесообразности применения титаносодержащего шлама при производстве реагента для обработки вод. Показан элементный состав шлама. Произведено моделирование процесса получения реагента, даны рекомендации по практическому применению. Ключевые слова: титаносодержащий шлам, кислотная вытяжка, коагулянт. Key words: titanium containing sludge, acid extract, coagulant. В последнее время в специальной технической литературе все чаще появляется информация об эффективности титановых коагулянтов, которые относят к «нетрадиционным» коагулянтам. Тенденция создания и использования в технологиях водоподготовки и водоочистки новых видов коагулянтов обусловлена, с одной стороны, возрастанием требований к качеству воды, а с другой - технологическими возможностями получения новых коагулянтов, в том числе из отходов производств. В настоящее время имеются данные об эффективности использования титанового коагулянта при очистке природных вод от минеральных примесей коллоидной степени дисперсности, от органических веществ, а также от ионов тяжелых металлов. К очевидным преимуществам применения титанового коагулянта можно отнести следующее: - продукты гидролиза титанового коагулянта не накапливаются в организме: титановый коагулянт не образует опасных для человека соединений ни сам по себе, ни в комбинации с обработкой воды хлором или озоном; - для повышения качества очистки воды нет необходимости во введении дополнительных реагентов (щелочи, флокулянтов); - степень очистки от тяжелых металлов при применении титанового коагулянта достигает 90–95% (против 60–80% при использовании алюминиевых коагулянтов); - очистка от органических соединений составляет 90–100%; - очистка от микроорганизмов, бактерий, фито- и зоопланктона достигает 100%; - способность эффективно очищать воду при низких температурах природной воды. Испытания показали, что при снижении температуры до 4°С интенсивность образования хлопьев практически не снижается; - низкий уровень вторичного загрязнения компонентами применяемых реагентов. Остаточное содержание ионов титана в очищенной воде даже при передозировке не превышает 0,03 мг/л, в то время как допустимое содержание титана в воде составляет 0,1 мг/л (в 30 раз больше). Исследования, проводимые с титаносодержащими отработанными травильными растворами «Корпорации ВСМПО» (г.Верхняя Салда, Свердловская область), показали потенциальную возможность применения в качестве источника титанового реагента примесей в шламонакопителе, куда после локальных очистных сооружений сбрасываются продукты обработки промывных вод и отработанных электролитов в виде твердых отходов. Однако сопутствующее присутствие фторидов в осадке ставит в первую очередь задачу их выделения, чтобы в дальнейшем получать «чистый» коагулянт на основе титана. Согласно исторически сложившейся технологии производства титана и изделий из него, жидкие отработанные травильные растворы предприятия обрабатываются раствором извести на локальных очистных сооружениях, в результате чего после отстаивания образуются шламы, складируемые в течение более чем 20 лет в шламонакопителе. Анализ рис. 1. показывает, что со временем изменяются соотношения компонентов вследствие различных физико-химических превращений и наличия растительности в шламонакопителе. Однако наличие в шламах примесей требует их выделения перед использованием в качестве коагулянтов.

Рис. 1. Компонентный состав шламов из шламонакопителя предприятия в зависимости от срока хранения

Для изучения возможности использования титана в качестве сырья для получения коагулянтов проанализирован состав шламов и водных вытяжек из них с учетом физико-химических превращений во времени. Шламы на анализ были отобраны из 4-х точек их складирования: -1 - осадок из отстойника; -2 - в точке сброса шлама из очистных сооружений в шламонакопитель; -3 - из шламонакопителя со сроком складирования около 6 мес.; -4 - из шламонакопителя со сроком складирование более 7 лет (рис.2). Примечание: W – влажность, %; З – зольность, %.

Рис.2. Характеристика шлама по коагулирующим ионам

  Изучен состав кислотной и водной вытяжек указанных образцов шламов (рис.3, 4). Кислотные вытяжки производились серной кислотой при рН<1, соотношение твердой и жидкой фаз 1:100; Водные - на дистиллированной воде, соотношение твердой и жидкой фаз 1:100. Образцы встряхивали в течение 1 часа на шюттель-машине.

Рис.3 .Показатели состава основных ингредиентов в кислотной вытяжке

Рис. 4. Показатели состава основных ингредиентов в водной вытяжке

  Анализ диаграмм (рис. 1 – 4) показывает, что наряду с полезными для процесса коагуляции ионами Al, Fe, Ca и Ti, присутствуют ионы F, которые необходимо выделить перед получением коагулянта по санитарным нормам. При этом, если в кислотной вытяжке присутствуют в значительных количествах все ионы, то в водных вытяжках их содержание, за исключением фторидов, минимально. На основе анализа приведенных данных в дальнейших исследованиях для получения коагулянта использовался шлам из отстойника и в точке сброса в связи с максимальным содержанием титана, а также алюминия и железа, которые принципиально могут способствовать  коагуляции. Изучение эффективности работы титанового коагулянта проводилось в режиме пробной коагуляции по сериям с использованием растворов реагентов, полученных разными технологическими операциями. При этом основное внимание уделялось выделению фторидов из растворов титансодержащих реагентов, поскольку их присутствие принципиально исключает использование отходов титаносодержащих шламов для производства коагулянтов. В серии 1 определялись показатели эффективности очистки производственных сточных вод кислотной вытяжкой из шламов. В качестве реагентов для приготовления рабочих растворов применялись кислотные вытяжки из титаносодержащего шлама, отобранного в двух точках: в отстойнике и точке сброса шлама в шламонакопитель. Образцы подвергались обработке серной кислотой, щелочью, фильтрованию через анионит. На основании проведенных опытов было установлено, что при повышении рН раствора реагента титан выпадает в осадок, при этом практически все фториды остаются в растворе. Выделение титана в виде в гидроксидов при обработке щелочью и отделение их от технологически сопутствующих фторидов возможно осуществлять нейтрализацией продуктов кислотных вытяжек из шлама до рН 5 - 6.5 с последующим использованием осадка в качестве реагента. Во второй серии опытов производилось моделирование технологии получения растворов реагентов из шлама. Модельные технологии получения рабочих растворов реагентов из шлама отстойника и шлама из точки сброса в шламонакопитель. отличались соотношениями масс и объемов кислотных вытяжек, величиной рН, а также последовательностью операций по их приготовлению: В серии №3 определялись показатели эффективности очистки производственных сточных вод модельными растворами реагентов, полученным по технологиям серии 2. Анализ показывает, что наилучшими коагулирующими свойствами обладает титан из шлама, полученного в месте его непосредственного образования, т.е. из отстойника локальных очистных сооружений. Это подтверждает известный теоретический и практический вывод о том, что свежеприготовленный коагулянт более эффективен, чем «старый». Для лучшего варианта по прозрачности были определены остаточные концентрации компонентов шлама в очищенной воде (табл. 1). Качество очищенных вод соответствует нормам для оборотной воды и ПДС для сброса в горсеть водоотведения. Таблица 1

Коагулянт по варианту технологии	Остаточные концентрации в очищенной воде, мг /л
Отст., вар.1	Ti4+	Cr6+	Ni2+	FeОБШ	Al 3+	F-	Взв. в-ва	рН
	0.01	0.01	0.04	0.12	0.23	0.08	18.6	6.88

Это, в свою очередь, указывает на технологию получения шлама непосредственно на очистных сооружениях: отработанные травильные растворы следует обрабатывать не известью, а каустической содой NаОН, для выделения в осадок титана, железа и алюминия В серии 4 производилось моделирование получения твердого шлама из отстойника. Шлам обрабатывался серной кислотой, разбавлялся водой, а затем подщелачивался до выпадения осадка, который отделялся от воды и высушился в сушильном шкафу. Образовавшиеся после коагуляции хлопья мелкие, часть хлопьев находилась во взвешенном состоянии во всех пробах, осадок рыхлый. Из этого сделан вывод, что на настоящий уровень знаний по получению титановых коагулянтов из шлама высушенный шлам нецелесообразно применять в качестве коагулянта. Резюмируя вышесказанное, можно отметить, что:

1. Для достижения максимального технологического и экономического эффекта получение титаносодержащих коагулянтов следует вести непосредственно на очистных сооружениях. Отработанные травильные растворы необходимо обрабатывать не известью, а каустической содой NаОН, для выделения в осадок титана, железа и алюминия, минимизировав содержание фторидов.
2. Учитывая высокую стоимость металлического титана, экономически целесообразно изучить вопрос выделения его из сточных вод в виде гидроксида с последующим доведением до металла.

Литература

1. Вильсон Е.В., Серпокрылов Н.С., Земченко Г.Н., Гетманцев С.В. Аспекты методологии выбора коагулянта в процессах водоочистки: Технологии очистки воды "Техновод-2006": Материалы науч.-практ. Конф., посвященной 10-летию промышленного производства и использования оксихлоридного коагулянта "ОХА" в России; г. Кисловодск, 2-5 окт. 2006 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ). – Новочеркасск: ООО НПО "Темп", с. 36-42.
2. Вильсон Е.В. Аналитические методы определения составов продуктов гидролиза коагулянта. – Известия РГСУ, Ростов-на-Дону, 2003, №7, с. 134-141.
3. Фрог Б.Н. Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. М. Издательство МГУ, 1996 г., 134 с.