Оценка эффективности новых отечественных реагентов при очистке концентрированных сточных вод Буцева Л.Н. НИИ ВОДГЕО, Москва, Россия Гетманцев С.В., Рашковский Г.Б. ОАО «АУРАТ», Москва, Россия Введение Одним из основных способов повышения эффективности очистки производственных сточных вод является удаление грубодисперсных и коллоидных загрязнений с помощью неорганических коагулянтов. Эффективная химическая коагуляция и оптимальные условия разделения дисперсной среды зависят от качества применяемых коагулянтов и способов проведения процесса очистки производственных сточных вод. Для очистки производственных сточных вод долгое время применяли и применяют до настоящего времени преимущественно сернокислый алюминий и соли железа. Применение сернокислого алюминия позволяет в большинстве случаев получить очистку сточной воды, удовлетворяющей нормативам качества. Однако сточная вода приобретает нежелательные свойства: завышенное содержание остаточного алюминия, сульфатов, повышенная кислотность, требующая подщелачивания очищаемой сточной воды, для снижения агрессивных её свойств в отношении металлических труб и бетона на очистных сооружениях. Учитывая это, а также всё возрастающий спрос на применение коагулянтов возник вопрос об изыскании новых коагулянтов, позволяющих при невысоких затратах получать стабильную очистку сильно загрязнённых сточных вод с хорошими физико-химическими свойствами. Одним из разработчиков новых коагулянтов является ОАО «АУРАТ». Наряду с сернокислым алюминием предприятие разрабатывает и выпускает в настоящее время новые виды коагулянтов. Основными являются полиоксихлориды алюминия, которые выпускаются в виде двух товарных форм: в виде растворов - «АКВА–АУРАТТМ 10», «АКВА–АУРАТТМ 14», «АКВА–АУРАТТМ 18» и в виде кристаллического порошка - «АКВА–АУРАТТМ 30» [1-4]. Физико-химические показатели качества продукции, выпускаемой под торговой маркой «АКВА-АУРАТТМ » соответствуют ТУ 6-09-05-1456-96. В настоящее время на предприятии разрабатываются также смешанные коагулянты на основе полиоксихлорида с сульфатом алюминия марок «АКВА–АУРАТТМ »: «АКВА-АУРАТТМ 105», «АКВА-АУРАТТМ 110», «АКВА-АУРАТМ 170», «АКВА-АУРАТТМ 190» и смешанные коагулянты полиоксихлорида с флокулянтами марок «СКИФ»: «СКИФ180»; «СКИФ180-3»; «СКИФ180(FL-45C)»; «СКИФ180(образец 5)»; «СКИФ180(образец №7)». Методика проведения экспериментов Исследования по изучению эффективности реагентов проводились на установке пробного коагулирования “Капля” по схеме: смешение, хлопьеобразование и отстаивание. Продолжительность смешения составляла 1 минуту при интенсивности 180 об/мин, продолжительность хлопьеобразования – 10 минут при интенсивности 50 об/мин, продолжительность отстаивания 10 минут. Дозы коагулянтов варьировались в зависимости от вида сточных вод от 30 до 700 мг/л по оксиду алюминия. Эффективность применения коагулянтов марок «АКВА-АУРАТТМ » и «СКИФ» и их смесей с флокулянтами оценивали по остаточной мутности и цветности очищенной воды. В экспериментах были использованы флокулянты марки Праестол: катионный 853 (полимер на основе акриламида и акриловой кислоты) и анионный 2640 (полимер полиакриламидный), а также катионные флокулянты марки «Кафлор-101» №5 (число вязкости 451,99 см3 /г) и №7 (число вязкости 306,79 см3 /г). Исследования эффективности коагулянтов самостоятельно и с флокулянтами для очистки промышленных сточных вод от лакокрасочных материалов (ЛКМ) и красителей выполнялись на реальной сточной воде производств акриловых ЛКМ и красильного отделения производства гофрокартона. Состав сточных вод представлен в таблице 1. Сточные воды отличаются высокой дисперсностью загрязнений, которые кинетически устойчивы и не отстаиваются в течение длительного времени. Таблиц 1. Характеристика сточных вод, содержащих лакокрасочные материалы и красители. Вид сточных вод Наименование показателей сточных вод Исходная сточная вода 1 2 3 Сточные воды красильного отделения Мутность, мг/л Цветность, град рН 4698 14873 7,8 - - Сточные воды лакокрасоч-ного производства Мутность, мг/л рН Колер 11356 7,5 Розовый 18375 6,74 Серый 33401 6,8 Голубой Результаты проведённых исследований Очистка сточных вод от дакокрасочных материалов. Результаты исследований по эффективности очистки сточных вод №1 от лакокрасочных материалов (мутность - 11356 мг/л) с применением коагулянтов представлены в таблице 2. Из представленных данных видно, что оптимальные дозы коагулянтов «АКВА-АУРАТТМ 18», «СКИФ180» и «СКИФ180-3» равны и составляют 400 мг/л (поз. 1, 2 и 6). Для коагулянтов марки «СКИФ180(образец №5)», «СКИФ180(образец №7)» и «СКИФ180(FL-45C)» оптимальная доза равна 350 мг/л (поз.3,4, 5). По эффективности очистки эти коагулянты можно расположить в следующей последовательности: «СКИФ 180(образец №7)» > «СКИФ180(образец №5)» > «АКВА-АУРАТТМ 18» > «СКИФ180-3» > «СКИФ180»> «СКИФ180(FL-45C)» (поз. 1,2,3 и 4,5,6) Мутность при оптимальных дозах составляет, соответственно, 60 мг/л, 79 мг/л, 101 мг/л, 112 мг/л, 140 мг/л и 167 мг/л. Сравнение эффективности очистки сточных вод №2 с исходным содержанием лакокрасочных материалов 18371 мг/л (табл.3) с коагулянтами марок «АКВА-АУРАТТМ » по- казало на одинаковую коагулирующую способность «АКВА-АУРАТТМ 10» и «АКВА-АУРАТТМ 18». Оптимальная доза реагентов равна 450 мг/л, остаточная мутность очищенной сточной воды – 80 мг/л. При применении смешанных коагулянтов: «АКВА-АУРАТТМ 110», «170», «190», на основе полиоксихлорида алюминия плюс сернокислый алюминий, с разным процентным содержанием последнего, их оптимальная доза по оксиду повышается до 700 мг/л. Остаточная мутность очищенной сточной воды при этом составляет 43-61 мг/л (табл. 3, поз.2,3,4). Таблица 2. Эффективность очистки сточных вод от лакокрасочных материалов производства ОАО «Спектр» с применением коагулянтов марки «СКИФ». №№ п/п Наименование реагента Доза, мг/л Мутность, мг/л 1 2 3 4 Исходная №1 - 11356 1 «АКВА-АУРАТТМ 18» 200 250 300 350 400 2405 214 111 101 85 2 «СКИФ180» 200 250 300 350 400 802 214 187 140 133 3 «СКИФ180(FL-45C)» 200 250 300 350 400 417 200 187 167 174 4 «СКИФ(образец 5)» 250 300 350 400 174 107 79 147 5 «СКИФ(образец 7)» 250 300 350 400 192 88 60 77 6 «СКИФ180-3» 250 300 350 400 212 123 112 72 Для повышения эффективности очистки сточных вод от производства ЛКМ были проведены эксперименты по совместному использованию коагулянтов и флокулянтов. Эксперименты проводились на сточных водах с разной степенью загрязнений. В опытах использовались ранее установленные оптимальные дозы смешанных коагулянтов, а дозы флокулянтов изменялись в широком диапазоне от 8 мг/л до 30 мг/л. Результаты экспериментов представлены в таблице 4. Для «АКВА-АУРАТТМ 18» были использованы в опытах по очистке сточных вод от ЛКМ совместно с флокулянтами дозы - 350 и 400 мг/л. Эксперименты по совместному применению коагулянтов и флокулянтов при их последовательной подаче представлены на рисунках 1-3. Таблица 3. Эффективность очистки сточных вод от лакокрасочных материалов производства ОАО «Спектр» с применением смешанных коагулянтов марки «АКВА-АУРАТТМ ». №№ п/п Наименование реагента Доза, мг/л Мутность, мг/л 1 3 4 Исходная вода №2 - 18371 1 «АКВА-АУРАТТМ 18» 250 300 350 400 450 4676 310 95 85 80 2 «АКВА-АУРАТТМ 110» 400 500 600 700 943 608 99 43 3 «АКВА-АУРАТТМ 170» 400 500 600 700 952 227 114 51 4 «АКВА-АУРАТТМ 190» 400 500 600 700 961 321 91 61 Исходная вода №3 - 33401 5 «АКВА-АУРАТТМ 18» 300 350 400 450 500 10688 501 120 95 187 Рис 1. Таблица 4. Эффективность очистки сточных вод от ЛКМ с при совместном применении коагулянтов и флокулянтов. №№ п/п Наименование реагентов Доза, мг/л Мутность,мг/л 1 2 3 4 Исходная вода №1 11356 1 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ Праестол 2640 350+8 350+10 350+15 350+20 350+25 47 45 31 47 120 2 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ Праестол 853 350+8 350+10 350+15 350+20 350+25 48 45 19 37 56 Исходная вода №2 - 18371 3 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ Праестол 2640 400+10 400+15 400+20 400+25 400+30 16 9 8 9 10 4 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ Праестол 853 400+10 400+15 400+20 400+25 400+30 5 4,5 8 10 11 5 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ флокулянт №5 400+8 400+10 400+15 400+20 31 27 25 40 6 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ флокулянт №7 400+8 400+10 400+15 400+20 127 96 69 47 7 «АКВА-АУРАТТМ 110»+ Праестол 2640 600+8 600+10 600+15 600+20 256 21 17 17 8 «АКВА-АУРАТТМ 170»+ Праестол 2640 600+8 600+10 600+15 600+20 47 37 20 18 9 «АКВА-АУРАТТМ 190»+ Праестол 2640 600+8 600+10 600+15 600+20 61 24 20 15 Исходная вода №3 - 33401 10 «АКВА-АУРАТТМ 18» + Праестол 853 400+15 400+20 400+25 400+30 15 4 7 24 11 «АКВА-АУРАТТМ 18» + Праестол 2640 400+15 400+20 400+25 400+30 37 25 17 17 12 «СКИФТМ (образец 7)» + Праестол 2640 300+2,5 300+5 300+7,5 300+10 40 38 13 7 13 «СКИФТМ (образец 5)» + Праестол 2640 300+2,5 300+5 300+7,5 300+10 11 4 4 5 При совместном применении и последовательной подаче «АКВА-АУРАТТМ 18» и анионного флокулянта Праестол 2640 на сточной воде с мутностью 11356 мг/л было достигнуто повышение эффективности очистки сточных вод от ЛКМ на 70%., а с катионным флокулянтом на 80%. Так, остаточная концентрация лакокрасочных материалов снизилась по мутности с 101 мг/л (табл.2 поз 1), при применении только «АКВА-АУРАТТМ 18» с дозой 350 мг/л, до 31 мг/ при совместном применении коагулянта и последовательной подаче Праестол 2640 с дозой 15 мг/л, а с флокулянтом Праестол 853, при тех же дозах, мутность снизилаь до 19 мг/л (рис 1, табл. 4,поз. 1,2) Оптимальная доза «АКВА-АУРАТТМ 18» увеличилась до 450 мг/л при увеличении концентрации в исходной сточной воде загрязнений до 18371 мг/л и 33401 мг/л (табл.3, поз.1,5). При совместном применении и последовательной подаче коагулянта с флокулянтами Праестол 2640 оптимальная доза -20 мг/л и Праестол 853 - 15 мг/л мутность составила, соответственно, 8 мг/л и 4,5 мг/л (табл.4, поз.3,4 и рис.2) при исходной концентрации загрязнений 18371 мг/л Совместное применение при последовательной подаче «АКВА-АУРАТТМ 18» (доза - 400 мг/л) и флокулянтов №5 и №7 (доза - 15 мг/л) позволяет снизить содержание лакокрасочных материалов в сточной воде, соответственно, до 25 мг/л и 69 мг/л (табл. 4 поз. 5,6 и рис.2). Эксперименты, проведённые с «АКВА-АУРАТТМ 18» и с коагулянтами марки «СКИФ(образец №5)» и (образец №7) на сточной воде №3 с содержанием лакокрасочных материалов 33401 мг/л представлены в таблице 4 и на рис.3. Коагулянт «АКВА-АУРАТТМ 18», при его использовании для очистки сточной воды №3, снижает мутность до 120 мг/л с дозой 400 мг/л. (табл. 3, поз.5) При совместном применении и последовательной подаче «АКВА-АУРАТТМ 18» (доза - 400 мг/л) с анионным флокулянтом Праестол 2640 и катионным флокулянтом Праестол 853, мутность очищенной воды, соответственно, снижается до 25 мг/л и до 4 мг/л с дозой 20 мг/л (табл.4, поз.10,11 и рис. 3). Представленные данные показали высокую эффективность очистки сточных вод от лакокрасочных материалов с совместным применением и последовательной подачей коагулянта «АКВА-АУРАТТМ 18» и флокулянта Праестол 853. Однако при применении флокулянта Праестол 2640 образуется более крупнозернистый осадок, обладающий лучшей водоотдающей способностью, что имеет большое значение при его обезвоживании. Опыты с коагулянтами «СКИФ(образец №5)» и «СКИФ(образец №7)» (доза - 300 мг/л), проведённые совместно с анионным флокулянтом Праестол 2640, при последовательной подаче, на сточной воде №3, позволили снизить мутность очищенной воды, соответственно, до 4 мг/л с оптимальной дозой флокулянта 5 мг/л и до 7 мг/л с оптимальной дозой флокулянта 10 мг/л (табл.4, поз. 12 ,13 и рис. 3). Рис 2 Рис 3 Таким образом, для очистки сточных вод от лакокрасочных материалов высокой эффективностью и с меньшими дозами коагулянта и флокулянта обладает коагулянт «СКИФ(образец №5)» совместно с флокулянтом Праестол 2640 при их последовательной подаче. Очистка сточных вод от красителей Исследования по очистке сточных вод от красителей красильного отделения производства гофрокартона проводились на сточной воде с мутностью 4698 мг/л и с цветностью14853 град. Результаты экспериментов представлены в таблице 5. Экспериментальные данные показали, что при применении для очистки сточных вод от красителей полиоксихлоридов алюминия марки «АКВА-АУРАТТМ 18» и «АКВА-АУРАТТМ 10», доза последнего выше (70 мг/л), чем доза «АКВА-АУРАТТМ »18 (50 мг/л) (рис.4, табл. 5). При применении коагулянтов на основе полиоксихлорида плюс сернокислый алюминий с разным процентным содержанием последнего: «АКВА-АУРАТТМ 105», «АКВА-АУРАТТМ 110», «АКВА-АУРАТТМ 170», «АКВА-АУРАТТМ 190», мутность очищенной сточной воды можно расположить по увеличению эффекта очистки в следующей последовательности: «АКВА- АУРАТТМ 105»> «АКВА-АУРАТТМ 110»> «АКВА-АУРАТТМ 170»> «АКВА-АУРАТТМ 190». Мутность при этом, соответственно, менялась следующим образом: 47 мг/л, 56 мг/л, 69 мг/л и 80 мг/л, при одинаковой оптимальной дозе коагулянтов – 60 мг/л. (табл. 5, рис. 5). Эксперименты по применению коагулянтов марки «СКИФ» для очистки сточных вод от красителей красильного отделения представлены в таблице 6. Из представленных данных видно, что коагулянт «СКИФ180» при дозе 50 мг/л эффективнее «СКИФ180(FL-45C)» с такой же дозой. Мутность очищенной воды, соответственно, 32 мг/л и 80 мг/л (рис.6,табл. 6). Из 2-х коагулянтов «СКИФ(образец №5)» и «СКИФ(образец №7)», «СКИФ(образец №5)» эффективнее, так как остаточная мутность при его применении составляет 64 мг/л при дозе 50 мг/л, в то время как с применением «СКИФ(образец №7)» она составляет 96 мг/л (рис.5, табл.6). Рис 4 Рис 5 Полученные данные показали, что из представленных марок «СКИФ», использованных для очистки сточных вод от красителей наиболее эффективным является коагулянт марки «СКИФ180» (табл. 6). Коагулянт «СКИФ180» эффективнее коагулянта «АКВА-АУРАТТМ 18», так при оптимальной дозе 50 мг/л мутность очищенной сточной воды составляет, соответственно, 32 мг/л и 53 мг/л (табл.5, поз.2 и табл.6, поз3)Для повышения эффективности «Аква-АуратаТМ 18» при очистке сточных вод от красителей были проведены эксперименты с применением совместного использования коагулянта с флокулянтами – образец №5 и образец №7 при их последовательной подаче и с флокулянтами – катионным Праестолл 853 и анионным 2640. Результаты экспериментов по эффективности очистки сточных вод от красителей с коагулянтами и флокулянтами при самостоятельном их применении (образец №5 и образец №7) и совместной и последовательной подачей флокулянтов с «АКВА-АУРАТТМ 18» в очищаемую воду представлены в таблице 7 и на рис. 7 Из представленных данных видно, что флокулянты №5 и №7 при самостоятельном использовании для очистки сточных вод от кра- сителей, обладают низкой эффективностью. При совместном применении и последовательной подачи «АКВА-АУРАТТМ 18» (доза - 40 мг/л) и флокулянта №5 (доза - 5 мг/л) достигается высокий эффект очистки сточной воды от красителей (99,9%), мутность очищенной сточной воды снижается до 41 мг/л (рис. 8). Таблица 5. Эффективность очистки сточных вод производства гофрокартона от красителей с применением коагулянтов марки «АКВА-АУРАТТМ ». №№ п/п Наименование реагента Доза, мг/л Мутность, мг/л Эффект очистки по мутности,% 1 2 3 4 5 1 Исходная вода - 4698 - 2 «АКВА-АУРАТТМ 18» 30 40 50 60 828 72 53 75 82 98,5 99 98 3 «АКВА-АУРАТТМ 10» 30 40 50 60 70 2405 1481 160 100 33 49 68 96,6 98 99 4 «АКВА-АУРАТТМ 105» 30 40 50 60 70 3544 1603 63 47 69 25 66 86,5 99 98,5 5 «АКВА-АУРАТТМ 110» 30 40 50 60 70 3206 2672 494 56 154 32 43 89,5 99 97 6 «АКВА-АУРАТТМ 170» 30 40 50 60 1167 167 75 69 75 96 98,5 98 7 «АКВА-АУРАТТМ 190» 30 40 50 60 70 2068 127 100 80 160 56 97 97,9 98 96 Рис 6 Таблица 6. Эффективность очистки сточных вод от красителей производства гофрокартона с применением коагулянтов марки «СКИФ». №№ п/п Наименование реагента Доза, мг/л Мутность, мг/л Эффект очистки по мутности, % 1 2 3 4 5 1 Исходная вода - 4698 - 2 «СКИФ180(FL-45C)» 30 40 50 60 307 64 80 113 93,5 99 98 96 3 «СКИФ180» 30 40 50 60 80 47 32 85 96 99 99,3 98 4 «СКИФ180-3» 30 40 50 60 70 636 269 93 53 147 86 94 98 99 97 5 «СКИФ(образец №7)» 30 40 50 60 4008 341 96 347 15 93 98 93 6 «СКИФ(образец №5)» 30 40 50 60 70 806 468 64 44 160 83 90 98,6 99 96,6 Рис 7 Рис 8 С применением «АКВА-АУРАТТМ 18» совместно с флокулянтами Праестол 853 и 2640 и их последовательной подачей достигается более глубокая очистка сточной воды от красителей. Мутность очищенной сточной воды снижается до 29 мг/л при дозе коагулянта 40 мг/л и дозе флокулянта 853 - 5 мг/л, а при увеличении дозы коагулянта до 50 мг/л и дозы флокулянта 853 до 10 мг/л, мутность очищенной воды снижается до 18 мг/л. При этих же дозах «АКВА-АУРАТТМ 18» (50 мг/л) и флокулянта Праестол 2640 (10 мг/л) эффективность очистки сточной воды от красителей ниже (Смутн.=31 мг/л, табл.7, поз.8), чем коагулянта с флокулянтом Праестол 853 (табл.7, поз.7). Таким образом, для очистки сточных вод от красителей с применением «АКВА-АУРАТТМ »18 совместно с флокулянтами при их последовательной подаче наиболее эффективным является совместное применение коагулянта с Праестолом 853 (Смут.=18 мг/л). Флокулянты образец №5 и образец №7, являющимися аналогами флокулянта «Кафлор 101», менее эффективны при совместном применении с «АКВА-АУРАТТМ 18». Из этих двух флокулянтов наиболее эффективен образец №5, число вязкости которого выше числа вязкости образца №7 Таблица 7. Сравнительная эффективность очистки сточных вод от красителей производства гофрокартона с применением коагулянтов и флокулянтов. №№ п/п Наименование реагента Доза, мг/л Мутность,мг/л Эффект очистки по мутности, % 1 2 3 4 5 Исходная вода - 4698 - 1 «АКВА-АУРАТТМ 18» 30 40 50 60 828 72 53 75 82 98,5 99 98 3 2 Флокулянт №5 20 35 50 75 6413 4409 2138 568 0 6 54,5 88 3 Флокулянт №7 20 35 50 75 6947 5344 4543 1069 0 0 3,3 77 4 «АКВА-АУРАТТМ 18» + флокулянт №5 30+5 30+10 30+15 30+20 80 51 227 267 98 99 95 94 5 «АКВА-АУРАТТМ 18» + флокулянт №5 40+5 40+10 40+15 40+20 41 40 38 36 99 99 99,2 99,3 6 «АКВА-АУРАТТМ 18» + флокулянт №7 30+5 30+10 30+15 30+20 56 76 99 200 99 98 97,8 95,7 7 «АКВА-АУРАТТМ 18» + Праестол 853 40+5 40+10 40+15 40+20 50+10 50+15 50+20 29 26 28 28,5 18 24 33 99,4 99,45 99,4 99,3 99,6 99,5 99,3 8 «АКВА-АУРАТТМ 18»+ Праестол 2640 50+10 50+15 50+20 31 34,6 52 99,3 99,26 98,9 Выводы 1. Проведёнными исследованиями установлено, что разработанные предприятием ОАО «АУРАТ» коагулянты - «АКВА-АУРАТТМ 18» и «СКИФ(образец №5)» позволяют при совместном применении и последовательной подаче с флокулянтом Праестол 2640 значительно сократить дозы коагулянтов и флокулянта и получить более высокий эффект очистки сточных вод. 2. Установлена высокая эффективность очистки сточных вод от красителей с новым смешанным коагулянтом марки «СКИФ180 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Алексеева Л.П.(2003) Оценка эффективности применения оксихлорида алюминия по сравнению с другими коагулянтами. Водоснабжение и санитарная техника. №2,стр.11-14. 2. Буцева Л.Н., Гетманцев С.В.,Рашковский Г.Б.(2008) Эффективность очистки производственных сточных вод с применением коагулянтов «АКВА-АУРАТ». В: Водоснабжение и санитарная техника. №1,стр.33-38. 3. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. (2005) Коагуляция в технологии очистки природных вод. Науч.изд. – М., 2005 – 576 с.