Исследование сбросных вод установок водоумягчения для очистки сточных вод от красителей

Современные красители, применяемые во многих отраслях производства, представляют органические вещества, по целевому назначению стойкие к физическим, химическим и биологическим воздействиям. Поступая в сточные воды населенных пунктов, эти соединения лишь в незначительной мере подвергаются деструкции и извлечению на сооружениях полной биологической очистки. В тоже время, попав в природный водоем, красители ухудшают органолептические показатели воды, вносят ионы тяжелых металлов, образуют токсичные продукты частичного распада в течении длительного периода времени.

Существующие методы очистки сточных вод осуществляются с использованием больших количеств дорогостоящих реагентов, что обусловливает в свою очередь, значительные количества химических осадков, проблема утилизации которых в настоящее время не имеет практического решения.

Тема диссертационной работы направлена на создание технологии очистки сточных вод от красителей на основе использования в качестве реагентов отработанных регенерационных растворов и отмывочных вод станций ионитового умягчения воды, которые могут образовывать малорастворимые комплексы с этим видом загрязнений.

Осадки, образующиеся в таком процессе имеют минеральную основу, не причиняющую вреда окружающей среде, а также создающую предпосылки их утилизации.

Применительно к предприятиям текстильного профиля такое решение задачи очистки сточных вод от красителей представляется актуальным и экономически выгодным, так как ионитовое умягчение воды является обязательной частью производственного процесса.

Состав сточных вод красильно-отделочных производств обуславливает необходимость их предварительной локальной очистки с целью достижения качества, допускающего сброс в городскую сеть канализации, либо многократное использование в различных технологических операциях.

Водоумягчительные установки, входящие в состав текстильных предприятий, подготавливая до 40% всей воды, потребляемой производством, осуществляют сброс в сточные воды значительных количеств солей жесткости и хлоридов.

Перспективным представляется возможность использования сложного состава сточных вод, для комплексообразования и совместного выделения в твердую фазу.

Цель и задачи работы.

Цель работы состояла в разработке процесса очистки сточных вод от красителей на основе сорбции их осадками, получаемыми из соединений, входящих в состав сбрасываемых загрязнений.

Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:

• изучение формирования производственных сточных вод, содержащих органические красители;

• изучение состава сточных вод промышленных предприятий;

• теоретическое и экспериментальное изучение условий образования малорастворимых соединений из солей кальция и магния;

• изучение процесса сорбции красителей свежеобразованной поверхностью осадков, содержащих кальций и магний;

• изучение закономерности и интенсификация процесса осаждения гидроокисей кальция и магния полиэлектролитами;

• разработка технологии очистки сточных вод с использованием сбрасываемых вод станций ионитового умягчения;

• разработка методики расчета основных сооружений;

• проведение технико-экономического анализа предлагаемого процесса.

Методы исследований: теоретические — обоснование методик исследований, анализ полученных результатовэкспериментальные — проведение опытов и испытаний.

В процессе экспериментальных исследований использовались методы весового анализа, потенциометрия и фотометрия.

Научная новизна работы.

• Установлена возможность применение кривых потенциометрического титрования для идентификации ионов кальция и магния в водах с известной величиной постоянной жесткости.

• Выявлена высокая эффективность извлечения разных классов красителей из сточных вод гидроксидами кальция и магния.

• Установлен адсорбционный механизм этого процесса, описываемый уравнением Ленгмюра, для которого экспериментально найдены величины удельной адсорбции и констант обмена.

• Выявлено положительное взаимовлияние солей кальция и магния на удаление красителей, наибольший эффект которого достигается при соотношении [Са]: [М§] в интервале от 1:1 до 1:3.

• Исследованы закономерности соосаждения гидроксидов кальция и магния с адсорбированными загрязнениями и определены значения коэффициентов агломерации дисперсии при использовании полиэлектролитов.

• Практическая значимость результатов работы.

• Предложен потенциометрический метод определения соотношения ионов кальция и магния в сточных водах по характеру кривой потенциометрического титрования и значению показателя постоянной жесткости.

• Разработаны принципиальные схемы водоотведения красильно-отделочных производств с разделением производственных сточных вод на три потока: концентрированных, малозагрязненных от промывки тканей и загрязненных вод станций водоумягчения.

• Разработана технология очистки сточных вод, содержащих красители, с использованием в качестве основного реагента отработанных регенерационных растворов и отмывочных вод станций умягчения.

• Найденные закономерности осаждения гидроксидов кальция и магния в процессе очистки сточных вод положены в основу методики расчета отстойников в составе предлагаемой технологии.

• Интенсификацию процесса осаждения гидроксидов кальция и магния при использовании отмывочных вод ионообменных фильтров предложено осуществлять добавкой флокулянтов анионного типа. Выполнен подбор марок и оптимальных доз флокулянтов.

• Предлагаемые технологические решения позволяют в 1,5 и более раз сократить расходы реагентов на очистку производственных сточных вод.

• Разработанная технология очистки сточных вод может быть применена для повышения эффективности очистки сточных вод при реконструкции существующих сооружений.

• Результаты диссертационной работы проанализированы Акционерное общество «Государственный проектный институт-1 ТЕКС». Ожидаемый годовой экономический эффект составляет более 100 тысяч рублей в год.

• Реализация работы.

• Разработаны рекомендации по проектированию системы очистки сточных вод красильно-отделочных производств с использованием солей кальция и магния.

Апробация работы:

Материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на:

• научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Окружающая среда развитие-строительство-образование.» МГСУ, Москва 1998 г.;

•заочном научно-техническом симпозиуме «Экологическая безопасность в строительстве». МГСУ, Москва 1998 г.;

•второй научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности». МГСУ, Москва 1999 г.;

• межвузовском семинаре студентов и аспирантов «Водоснабжение больших городов: проблемы и решения». МГП «Мосводоканал», Москва 1998 г.;

• международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность строительства. Управление обращением с осадками сточных вод промышленными и твердыми бытовыми отходами. Использование отходов», МГСУ, Москва 2000 г.

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 6 статьях.

На защиту выносятся.

Теоретические и экспериментальные результаты исследований процессов очистки сточных вод, содержащих красители, осадками гидроокисей кальция и магния.

Возможность и целесообразность использования сточных вод от установок ионитового умягчения в качестве раствора осадкообразующих реагентов.

Технология очистки сточных вод красильно-отделочных производств и параметры расчета сооружений.

Объем и структура диссертации работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы. Она содержит 151 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 65 рисунков, список библиографический литературы включает 105 наименований.

6. Выводы.

1. Из всего многообразия источников образования сточных вод, содержащих красители, выделяются предприятия легкой и анилинокрасочной промышленности — наиболее водоемкие, с высокой степенью загрязненности производственных сточных вод.

2. Состав сточных вод красильно-отделочных производств обуславливает необходимость их предварительной локальной очистки с целью достижения качества, допускающего сброс в городскую сеть канализации, либо повторное использование в различных технологических операциях.

3. Водоумягчительные установки, входящие в состав текстильных предприятий, подготавливая до 40% всей воды, потребляемой производством, осуществляют сброс в сточные воды значительных количеств солей жесткости. Это предопределило возможность использования сложного состава сточных вод, для комплексообразования и совместного выделения в твердую фазу неорганических и органических составляющих загрязнений воды.

4. Сведения, приводимые в литературе, показывают, что для очистки сточных вод, содержащих органические красители, в силу различий их свойств наиболее рациональными представляются методы, обладающие достаточной универсальностью как в воздействии на загрязнения, так и в возможности осуществления их на существующих очистных сооружениях.

5. Анализ рассмотренных процессов позволяет заключить, что более перспективны методы глубокой очистки сточных вод с использованием разделительных процессов, в результате применения которых вода не обогащается продуктами разложения органических соединений. В наибольшей мере предъявляемым требованиям удовлетворяют методы очистки воды, в основу которых положены процессы коагуляции и сорбции при взаимодействии загрязнений с развитой свежеобразованной поверхностью малорастворимых соединений кальция и магния.

6. Экспериментально установлено, что образование осадка СаСОЗ происходит при рН*9,5.9,6, а наиболее полное выпадение 1У^(ОН)2 достигается при рн = 11−11,3. Осадок карбоната кальция имеет мелко кристашшческую структуру, в то время как осадок гидроксида магниярыхлую, медленно формирующуюся и плохо оседающую, подверженную измельчению при малейших гидравлических возмущениях.

7. Результаты исследований позволяют рекомендовать применение кривых потенциометрического титрования для идентификации ионов кальция и магния в водах с известной величиной постоянной жесткости.

8. Экспериментально показана высокая эффективность удаления красителей, в том числе активных, гидроксидами кальция и магния, происходящее по адсорбционному механизму. Обработка результатов опытов позволила определить значения удельной адсорбции и констант обмена в уравнении Ленгмюра для каждого класса красителей.

9. В сточных водах, содержащих соли кальция и магния с повышением доли кальция по отношению к магнию, увеличивается эффект осаждения дисперсной фазы и снижается период уплотнения осадка. При этом наилучшее удаление красителей достигается в интервале соотношения [Ca]: [Mg] от 1:3 до 1:1.

10. Интенсификацию процесса осаждения гидроксидов кальция и магния при использовании отмывочных вод ионообменных фильтров рекомендуется осуществлять добавкой флокулянтов анионного типа. При этом лучшие результаты получены при использовании флокулянтов Synthofloc — 8022 — НPWG с дозой 0,05 мг/л. и ПАА с дозой 0,2мг/л.

11. Исследованиями кинетических закономерностей осаждения гидроксидов установлен интервал значений показателя «п» для сточных вод, обрабатываемых с использованием элюатов без введения полиэлектролитов, равный 0,04. 1,2. Добавка флокулянта приводит к стабилизации значения показателя «п» в узком диапазоне величин в пределах 0,75.0,9. Результаты этих исследований положены в основу методики расчета отстойников в составе предлагаемой технологии.

12. Эффективность очистки производственных сточных вод предлагаемым методом составляет по интенсивности окраски — 85 .96%, по взвешенными веществам — 42. 93%, по БПКполн., мг/л — 36. 55%, ХПК, мг/л — 50.63%, Нефтепродукты, мг/л — 25 .34%, ПАВ, мг/л -20.35%. Оптимальная доза солей кальция и магния, при которой достигаются хорошие результаты очистки лежит в пределах 15.30 мгэкв/л.

13. Технологически обоснованы схемы водоотведения красильно-отделочных производств с разделением потоков концентрированных производственных сточных вод, малозагрязненных от промывки тканей и загрязненных вод станций водоумягчения.

14. На основании результатов проведенных экспериментальных исследований разработана технология очистки сточных вод, содержащих красители, с использованием в качестве основного реагента отработанных регенерационных растворов и отмывочных вод станций умягчения.

15. Расчет баланса водных потоков, загрязнений и солей жесткости показал возможность использования новой технологии при содержании солей кальция и магния 7 мг-экв/л и более в воде, поступающей на предприятие из источников водоснабжения. Для промышленных предприятий с большим объемом умягчаемых вод, а также при работе ионообменных фильтров на водах с жесткостью существенно больше 7 мг-экв/л целесообразно использование для очистки сточных вод только элюатов.

16. Предлагаемые технологические решения позволяют в 1,5 и более раз сократить расходы реагентов на очистку производственных сточных вод и получить технико-экономическую эффективность в размере более 100 тысяч рублей в год.

17. Разработанная технология очистки сточных вод может быть применена для повышения эффективности очистки сточных вод при реконструкции существующих сооружений.

18. Расчет проводимого технико-экономического сравнения вариантов показал целесообразность разделения сточных вод красильно-отделочного производства по состав загрязнений на два потока (концентрированные и промывные). В результате применения технологии очистки сточных вод достигается экономическую эффективность в размере более 100 тысяч рублей в год за счет снижения расходов на реагенты.