Разное3 / paw / ТЕЗИСЫ 1a

УДК 621.357:628.3:661.185.1

М.С. Гречина, В.А. Колесников, Ю.И. Капустин, О.И. Воробьева

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

Применение электрофлотационной технологии для очистки водных растворов от примесей ПАВ

В данной работе изучен процесс электрофлотационного извлечения ПАВ различных типов: анионного, катионного, неионогенного в присутствии АКФК. Показано, что степень извлечения анионного ПАВ не превышает 50%. Степень извлечения для катионного ПАВ составляет 10-14%, добавки коагулянтов и флокулянтов не влияют на процесс электрофлотации. Наиболее эффективен данный метод для извлечения неионогенных ПАВ. Для синтанола ДС-10 максимальная степень извлечения составляет 70%.

This study has investigated the electrofloatation process for cleaning waste water containing anionic, cationic, non-ionic surface-active substances. It was shown application of aluminium-silicic coagulant-flocculent (ASCF) increase the efficiency of process for anionic surface-active substances to 50%, cationic – 10-14%, non-ionic - 70% . The effect of various operating and parameters was studied.

Современные технические моющие средства, используемые как в быту, так и в технике для достижения определенных свойств включают в свой состав поверхностно-активные вещества (ПАВ) различных типов. Поэтому в стоках могут содержаться примеси различных ПАВ, концентрация которых строго регламентируется нормами ПДК.

Целью настоящей работы является определение возможностей электрофлотационного метода очистки водных растворов от примесей индивидуальных ПАВ различных типов. Исследования проводили в растворах, содержащих анионный ПАВ С₁₂Н₂₆ОSО₃Na - додецилсульфат натрия (NaDDS), катионный CH₃(CH₂)₁₃N(Br)(CH₃)₃- бромид тетрадецилтриметиламмония (ТДТМАБ), неионогенные ПАВ класса моноалкиловых эфиров полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов C_nH_2n+1O(C₂H₄O)_m , где n=1018 с различной длиной оксиэтилированной цепи: препарат ОС-20, оксанол ЦС-100, синтанол АЛМ-10, синтанол ДС-10.

Извлечение поверхностно-активных веществ из водных растворов осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимым анодом (ОРТА) и катодом из нержавеющей стали. Содержание ПАВ в растворе оценивали в единицах ХПК. Анализ проводили ускоренным бихроматным методом по Лейте.

Установлено, что электрофлотационная обработка растворов изученных ПАВ без добавок различных коагулянтов малоэффективна и составляет лишь 10–20%.

Исследования по извлечению примесей анионных ПАВ в присутствии коагулянтов на основе солей алюминия, железа(III) показали, что за счет сорбции NaDDS на дисперсной фазе коагулянта можно повысить степень извлечения до 35-37%. Добавка алюмокремниевого коагулянта-флокулянта (АКФК) позволяет достичь степени извлечения 50%.

Алюмокремниевый коагулянт-флокулянт представляет собой раствор, содержащий соединения кремния, алюминия, железа (III) и др. (концентрация в пересчете на оксиды: SiO₂ – 25 г/л, Al₂O₃ – 17 г/л, Fe₂O₃ – 0,9 г/л), полученный обработкой нефелинового концентрата, и является эффективным реагентом для очистки воды от взвешенных веществ, ионов тяжелых металлов, различных органических загрязнителей [1].

Изучено влияние различных флокулянтов марки «Праестол» и «Суперфлок» катионного, анионного и неионогенного типов. Введение данных флокулянтов не приводит к повышению степени извлечения, а в отдельных случаях ухудшает степень очистки.

Для повышения степени извлечения катионного ПАВ было изучено влияние различных коагулянтов на основе сульфата алюминия, хлорида железа (III), сульфата магния и АКФК. Введение данных добавок не привело к существенному повышению степени извлечения примесей КПАВ. Максимальная степень извлечения наблюдается в присутствии АКФК и составляет 14%. Варьирование рН и введение различных флокулянтов не дает положительных результатов.

Исследование влияния природы коагулянта при электрофлотационной очистке модельных растворов, содержащих неионогенные ПАВ показало, что введение сульфата алюминия в интервале концентраций 20-200 мг/л позволяет повысить степень извлечения до 23-33%; добавки коагулянтов на основе солей железа (III) и магния дают аналогичные результаты.

С

3

ущественно повысить степень извлечения позволяет добавка АКФК [2]. Изучено влияние природы флокулянтов, подобрано оптимальное соотношение добавки АКФК и соответствующего флокулянта, которое позволяет достичь высоких степеней извлечения. На рис. 1. представлена зависимость степени извлечения синтанола ДС-10 от времени флотации без добавок и с добавками АКФК и флокулянта.

1

2

Рис. 1. Влияние времени электрофлотации на степень извлечения синтанола ДС-10

1-без добавок; 2-с АКФК; 3-АКФК+Ф.

Для растворов, содержащих неионогенный ПАВ синтанол ДС-10 подробно изучено влияние различных факторов (кислотность среды, время электрофлотации, объемная плотность тока, концентрация добавок коагулянтов и флокулянтов) на эффективность электрофлотационного процесса.

Формирование дисперсной фазы коагулянта-флокулянта зависит от кислотности среды. Максимальная степень извлечения достигается в интервале рН 5,0 – 6,5, в кислой и щелочной средах наблюдается растворение гидроксида алюминия.

Изучено влияние плотности тока и показано, что достаточное газонасыщение наблюдается в интервале объемных плотностей тока 0,4 – 0,6 А/л. При повышении плотности тока наблюдается незначительное снижение степени извлечения за счет турбулентных потоков жидкости и частичного разрушения пенного слоя. Как видно из рисунка, при плотности тока 0,4 А/л максимальная степень извлечения достигается уже за 10-15 мин. флотации.

Влияние концентрации синтанола ДС-10 на его степень извлечения изучено в интервале от 50 до 1000 мг/л. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние концентрации синтанола ДС-10 на степень извлечения

CПАВ, мг/л	ХПКдо флотации, мгО/л	ХПКпосле флотации, мгО/л	∆ХПК	α, %
50	180	56	124	70
100	256	108	148	58
200	472	260	212	45
500	1256	1048	208	17
1000	2864	2624	240	8

Как видно из данной таблицы, максимальная степень извлечения наблюдается при концентрации ПАВ 50 мг/л. Увеличение концентрации ПАВ в растворе приводит к понижению степени извлечения от 70% до 8%. Однако, концентрация извлекаемого ПАВ (в соответствии с ∆ХПК) при этом увеличивается. Степень извлечения зависит от сорбционной емкости коагулянта.

Для оценки сорбционной емкости экспериментальные данные были обработаны в координатах С_раств./С_сорб. от С_раств. в соответствие с уравнением Ленгмюра :

С_сорб.= КГС_раств./(1+КС_раств.),

где С_раств. – концентрация ПАВ в растворе (ммоль/л); С_сорб. – концентрация сорбированного ПАВ рассчитывается по формуле : С_сорб. = С_ПАВ/ С_{коагулянта}; Г- сорбционная емкость коагулянта (ммоль/г); К – константа равновесия сорбционного процесса.

Зависимость С_раств./С_сорб. от С_раств. имеет линейный характер. Из тангенса угла наклона рассчитали величину сорбционной емкости Г=1,01 ммоль/г и константу равновесия из отсекаемого отрезка К= 9,6.

Изучено влияние концентрации АКФК на эффективность электрофлотационного процесса при различном содержании неионогенного ПАВ в растворе. Для каждой концентрации ПАВ в соответствии с сорбционной емкостью коагулянта предложена оптимальная дозировка раствора АКФК на литр обрабатываемого раствора.

Таким образом, электрофлотационная технология по очистке сточных вод от примесей поверхностно-активных веществ наиболее эффективна для растворов, содержащих ПАВ неионогенного типа. Максимальная степень извлечения неионогенных ПАВ достигается за 10-15 мин и составляет для препарата ОС-20 – 80%, синтанола ДС-10 (АЛМ-10) – 70%, оксанола ЦС-100 – 60%. Оптимальными условиями для электрофлотации являются: рН=5,0-6,5; концентрация ПАВ в растворе до 100 мг/л; объемная плотность тока – 0,4-0,6 А/л, концентрация АКФК 5-10 мл/л.

Как показали проведенные исследования, очистка сточных вод методом электрофлотации от примесей неионогенных ПАВ может быть рекомендована как предварительная очистка стоков с высоким содержанием неионогенных ПАВ с последующей доочисткой на активированных углях до норм ПДК.

Библиография

1. Н.Е. Кручинина, А.Е. Бакланов, А.Е. Кулик, Н.А. Тимашева, В.А. Колесников, П.С. Капустянский. Очистка сточных вод алюмокремниевым флокулянт-коагулянтом. // Экология и промышленность России, 2001, №3, с. 19-22.

2. В.А. Колесников, Ю.И. Капустин, О.И. Малючева, М.С. Гречина. Электрофлотационная очистка сточных вод от неионогенных поверхностно-активных веществ. // Химическая промышленность сегодня, 2005, №12, с. 50-55.