УДК 541.18

ОСВЕТЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В ПРИСУТСТВИИ ПОЛИМЕРА СУМАК

Кобланова О.Н., к.х.н., доцент университет Сырдария г.Жетысай

Сулейменова Ф.Р. к.х.н., доцент университет Сырдария г.Жетысай

Сакибаева С.А. к.т.н., доцент Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова

Керимбекова З.М. к.т.н., доцент Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова

A new way of the coal alkali reagent obtaining by the Lenger deposit cheap brown coal (containing mainly the humine acids) hydrolysis has been developed. Optimal conditions of the coal alkali reagent obtaining have been determined and a new way of the waste water purification has been developed.

Основными направлениями экономического и социального развития страны поставлена задача шире использовать малоотходную, безотходную и энергосберегающую технологию. Важная роль в решении указанной задачи принадлежит созданию технологических процессов, снижающих производственные выбросы в окружающую среду и обеспечивающих комплексное исползование сырья.

В связи с этим, наибольший научный и практический интерес преставляет разработка способов и технолгии получения сухих, дешовых и высокоэффективных реагентов на основе отходов пройзводства.

Водорастворимые полиэлектролиты (ВРП) относятся к необычайно интересному классу органических высокомолекулярных соединений, так как они сочетают в себе свойства как полимеров, так и электролитов. Эта их особенность обуславливает ряд специфических свойств, проявляющихся при взаимодействии с различными дисперсными системами, и позволяет применять полиэлектролиты во многих отраслях народного хозяйства. Благодаря высокой вязкости растворов и полярности ионогенных функциональных групп ВРП с успехом могут быть использованы как загустители натуральных и синтетических латексов при шлихтовании нитей печатных красок, в качестве стабилизаторов для повышения устойчивсти дисперсных систем, а также флокулянтов при очистке мутных паводковых или сточных вод, обезвоживании и сгущении рудных пульп, в качестве стабилизаторов для повышения устойчивости дисперсных систем, связующего пигментированных красок в кожанной промышленности, основы водоразбавляемых эмульсионных красок и в строительной промышленности для отдельки фасадов, в качестве основы антикоррозионных грунтовок и др /1/.

Применнение ВРП для регулирования свойств дисперсных систем практиковалось еще давно до широкого производства их синтетических аналогов. Для этих целей применялись такие природные высокомолекулярные срединения, как агар-агар, желатина, крахмал и др. Эти вещества характеризовались малой чувствительностью к действию поливалентных катионов и их можно было применять в широкой области рН.

В народном хозяйстве широко используются высокомолекулярные полимерные поверхностно-активные вещества в качестве реагентов-регуляторов свойств промышленно-важных дисперсных систем.

Кроме того, применяемые в различных отраслях народного хозяйства ВРП (ГИПАН, К-4, К-9, ППА и др.) представляют собой 8-10%-ные водные растворы. Что затрудняет транспартировку, хранение и применение в различных климатических условиях. При длительном хранении водных растворов протекает дальнейший гидролиз, приводящий к увеличению количества карбоксильных и уменшению амидных групп, т.е. ухудшается стабилизирующая способность ВРП. Протекание гидролиза увеличивается при применении, хранении и транспортировке этих ВРП в жарких районах области.

Поэтому поиски новых способов получения ВРП, сырья для них и нахождения новых областей их применения являются актуальной задачей современности. При этом следует руководствоваться следующими необходимыми условиями:

а) изыскание перспективного недефицитного сырья;

б) возможностью получения в сухом состоянии;

в) необходимостью содержания в конечном продукте таких функциональных групп, которые обеспечивают не только адсорбционную способность, но и устойчивость к электролитам и высокым температурам и давлениям.

В этом аспекте наиболее рентабельным считается использование полимерных отходов, что обеспечивает не только экономию ресурсов, энергии, но и предотврашает загрязнение окружающей среды и является дополнительным источником расширения ассортимента водорастворимых полиэлектролитов для применения их в различных областях народного хозяйства.

Разработан способ получения углещелочного реагента СУМАК (синтезированного на основе гуминовых кислот из отходов производства путем гидролиза дешевого бурого угля Ленгерского месторождения, содержащего в основном гуминовые кислоты иметакриловой кислоты. Найдены оптимальные условия получения СУМАК : соотношение угля к гидроксиду натрия, равное 1:0,3, температура гидролиза 338-343К, время гидролиза – 3,0-3,5час. Показано, что компонентный состав представлен в основном гуматами натрия, а функциональный состав – гидроксильными и карбоксилатными группами. Выяснено, что водные дисперси СУМАК обладает полиэлектролитным характером и поверхностно-активными свойствами.

В качестве омылющего агента в этих реакциях применяли 40% -ные водные растворы гидроксида натрия. Реакцию проводили путем добавления гуминовых кислот в водную среду и иницировали ее персульфатом амония. Метакриловая кислота и щелоч добавляли последовательно при интенсивном перемешивании в подогреваемую на водяной бане смесь.

Полимер СУМАК в виде пастообразного продукта 10%-ной концентрации, он хорошо растворим в холодной и горячей воде. Водорастворимость его объясняется наличием в нем карбоксилатных, карбоксильных, амидных, имидных и нитрилных групп.

Критерием оценки получения требуемых полиамфолитов служило их стабилизирующее действие на дисперсии Дарбазинской глины с различным содержанием дисперсной фазы.

Для определения состава и изучения свойства исходных и синтезированных полимерных препаратов выбраны современные физико-химические (термография, ИК-спектроскопия, визкозиметрия, потенциометрия, кондуктометрия) и аналитические методы исследования.

На предпрятиях химической промышленности общее водопотребление составляет более 9млрд.м³ в год. Около 74% воды используемой на предпрятиях отрасли, расходуется на охлождение, остальное количество воды применяется главным образом в технологических процессах получения продукции, выполняя функции химического реагента, экстрагента, растворителья реакционной среды. В промышленности нашли широкоеприменение различные методы очисткилокальных потоков сточных вод, но даже с их использованиемпроизводственные сточные воды, поступающие на внеплощадные соружения, как правило, содержат много соединений трудно или вообще не поддающихся биохимическому окислению БПК сточных вод обычно составляет 30-40%, максимально 50% общего содержания органических соединений, определяемых по ХПК /2/.

Кроме того, сточные воды ряда производства имеют очень высокую минерализацию. Для повторного использования в производстве таких сточных вод следует после очистки внеплощадных сооружениях передавать их на сорбционную доочистку и обессоливание. На предприятиях химической промышленности вследствие большого разнообразия используемого сырья и получаемой продукции, высоких специфических условий проведения каждой технологической операции сброс сточных вод в водоем можно исключить только при создании локальных замкнутых систем технического водоснабжения, регенерации всех отработанных технологических растворов и переработки всех концентрированных сточных вод.

Эффект осветления исследуемых образцов вод определяли по значениям оптической плотности, измененной до (Д₀) и после (Д_Р) обработки вод реагентами: Э_осв. = . 100 Определение оптической плотности проводили в пробах, отобранных через 24 часа из цилиндров, емкостью 1000см³ с глубины 5см от поверхности /3/.

Осветвление сточных вод осуществляли по методике, сущность которой состояла в следующим: в стеклянные, градуированные цилиндры, емкостью 100см³ наливали 95мл исследуемой жидкости и добавляли 5мл раствора реагента различных концентраций с тем, чтобы доза СаО для кислых сточных вод составляла 50-100мг/л, А1₂[SO₄]₃ – для мутных вод – 20-100мг/л, а флокулянта СУМАК – 0,1-2мг/л.

Содержимое цилиндров перемешивали в течение 2-3 минут и оставляли в покое для отстаивания и осаждения образовавшихся хлопьев. После отстаивания сифонов отбирали пробы осветленной воды и определяли в них концентрацию взвещанных веществ.

Процессы разделения твердой фазы в сточной воде изучали по изменению объема осадка и оптической плотности отстоя. При отстаивании во времени происходит осаждение твердой фазы в результате флокуляции. Об эффективности флокуляции судили по изменению объема осадка и оптической плотности осветленной части жидкости над осадком через 30 минут отстаивания. Осветлениесточных вод в присутствии полиэлектролитов СУМАК происходит при добавлении 0,3∙10^-4кг/м³ воды полиэлектролита. В случае использования полиэлектролитов серии “К” также идет процесс разделения твердой фазы, но лишь при добавке 0,3∙10^-3кг/м³ воды, что в 10 раз превышает расход полиэлектролита СУМАК.

При обычно используемых дозах коагулянтов степень пересыщения воды малорастворимыми продуктами гидролиза соответствует метастабильной зоне, где энергия пересыщения может оказаться недостаточной для возникновения зародышей твердой фазы. Поэтому внесение искусственных замутителей, частицы которых играют роль дополнительных центров конденсации продуктов гидролиза способствует ускарению коагуляции примесей сточных вод. Замутнение резко усиливает флокулирующее действие полиэлектролитов. Кроме этого, замутняющее вещество способно сорбировать растворенные примеси, вследствие этого возрастает глубина очистки воды. Частным случаем такой сорбции является поглашение глинами катионов водорода, образующихся при гидролизе коагулянтов /4/.

Наиболее раствоространенный замутитель – глины, так как преимуществами глин, как замутителей являются:

1) эффективность действия при любых значениях рН;

2) отсутствие влияния на органолептические показатели качества воды.

В наших исследованиях в качестве замутителя была применена порошковая бентонитовая глина, в качестве флокулянта при осветлении сточных вод, использован перспективный, водорастворимый полиэлектролит СУМАК совместно с насыщенным раствором хлористого кальция. Для сравнения осветление осуществляли также полиэлектролитом К-9.

Процесс осаждения сточных вод происходит в следующей последовательности: берут 1л сточной воды, добавляют при перемешивании 10г бентонитовой глины или цемента, после этого раствор остается стоять в состоянии покоя в течении 15 минут. Затем раствор взбалтывают и добавляют 70мл 10%-ного раствора полимера, перемешивают в течении 1-2 минут и добавляют 0,5мл насыщенного раствора хлористого кальция. В результате перемешивания происходит мгновенное расслаивание раствора и выпадение крупного хлопьевидного осадка черного цвета.

Осаждение было проведено в широком интервале концентраций полимера-флокулянта для установления его оптимальной концентрации. При добовлении полиэлектролита СУМАК – 0,07%, К-9 – 0,05% -значение оптической плотности уменьшается, т.е. достигается наилучшее осветление воды. Дальнейшее увеличение концентрации добавляемого флокулянта ведет к стабилизации системы.

Изучение кинетики осветвления сточных вод в зависимости от времении (табл. 1) показало, что при добавлении полимера СУМАК полное осветвление сточных вод наступает в течении 15 минут, с полиэлектролитом К-9 через 1 час.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов были установлены следующие оптимальные условия осаждения взвешанных частиц сажи в производственной сточной воде при совместной обработке полиэлектролитом СУМАК, насыщенным раствором хлористого кальция и бентонитовой глиной: на 100г сточной воды – 0,7г полиэлектролита-флокулянта, 1г глины и 0,4г насыщенного раствора хлористого кальция.

Исследование кинетики осветления сажесодержащих сточных вод в присутствии коагулянта – известкового молока и флокулянта СУМАК показало, что при совместном использовании полиэлектролита СУМАК с известью осветления сажосодержащих стоков выше, чем без извести, т.к. предельная величина осветления достигается за меньший промежуток времени и в системе происходит интенсивное хлопьеобразование и осождение.

В данном случае это можно объяснить тем, что добавляя известковое молоко вместе с полиэлектролитом мы допольнительно вводим в систему: сточная вода – полиэлектролит ионы Са²⁺ , которые легко вступают во взаимодействие с карбоксильной группой полиэлектролита СУМАК, оосаждаясь вместе с ним и уходя в осадок, т.е. флокулирующее действие полиэлектролита усиливается. У полиэлектролита К-9 флокулирующее действие выражено незначительно, по сравнению с СУМАК, т.к. степень гидролиза, по литературным данным, у СУМАК больше, чем у К–9 и он обладает большим числом активных функциональных карбоксильных и карбоксилатных групп.

В результате влияния изучения концентрации водорастворимых полиэлектролитов К–9 и СУМАК без или совместно с низкомолекулярным коагулянтом известью выявлена оптимальная доза СУМАК – 0,03%, а известкового молока -0,6 весовых частей доля вод, содержащих 1% взвешенных частиц сажи.

Для вод, содержащих 5% взвешенных частиц дисперсной фазы, оптимальными условиями, при которых происходит мгновенное осаждение взвешенных частиц являются: 0,05% полимера СУМАК и 0,7 в.ч. известкового молока из расчета на 1м³ сточной воды.

Кинетика осветления сажесодержащих сточных вод в присутствии полимера СУМАК или К-9 хлористого кальция и бентонита

Таблица 1

Содерж. комп. мас. %		Содер-жание сажи. мас. %	П.Э.	Концен- трация поли- меров. мас.%	Оптическая плотность отстоя (Д)
бен- тонит	Са насыщ р-р				15мин.	30мин.	1ч.	8ч.	12ч.
1	4	3		0,01 0,03 0,05 0,7 0,10	0,29 0,22 0,20 0,12 0,20	0,26 0,20 0,18 0,19 0,22	0,26 0,20 0,18 0,09 0,22	0,26 0,20 0,18 0,09 0,22	0,26 0,20 0,18 0,09 0,22
1	4	4	СУМАК	0,01 0,03 0,05 0,07 0,10	0,30 0,24 0,20 0,11 0,22	0,28 0,22 0,19 0,09 0,22	0,26 0,22 0,19 0,09 0,22	0,26 0,22 0,19 0,09 0,22	0,26 0,20 0,19 0,09 0,22
1	4	5		0,01 0,03 0,05 0,07 0,10	0,32 0,28 0,20 0,12 0,26	0,29 0,20 0,18 0,09 0,28	0,29 0,20 0,18 0,09 0,28	0,29 0,20 0,18 0,09 0,28	0,29 0,20 0,18 0,09 0,22
1	4	3		0,01 0,03 0,05 0,07 0,10	0,46 0,38 0,20 0,32 0,52	0,41 0,32 0,20 0,30 0,49	0,40 0,31 0,15 0,29 0,40	0,40 0,31 0,15 0,29 0,40	0,40 0,31 0,15 0,29 0,40
1	4	4	К-9	0,01 0,03 0,05 0,07 0,10	0,40 0,31 0,22 0,29 0,45	0,38 0,30 0,20 0,28 0,41	0,36 0,30 0,21 0,27 0,39	0,36 0,30 0,21 0,27 0,39	0,36 0,30 0,21 0,27 0,39
1	4	5		0,01 0,03 0,05 0,07 0,10	0,40 0,31 0,22 0,29 0,45	0,38 0,30 0,20 0,28 0,41	0,36 0,30 0,21 0,21 0,27	0,36 0,30 0,21 0,27 0,29	0,36 0,30 0,21 0,27 0,39

Выводы:

1. На основе экспериментальных результатов было показано, что оптимальными условиями получения водорастворимого сополимера из отходов производства волокна нитрон (ОВН) и гуминовой кислоты в присутствии гидроксида натрия являются следующие: ОВН:ГК:NаОН = 1:0,3:0,5 время омыления 3 часа, температура омыления 368-371К.

2. С исползованием комплексных химико-аналитических и физико-химических метов анализа определен элеметарный и функциональный состав полученных препаратов, установлена их полиэлектролитная природа, показано, что является амфолитами.

Лиетратура:

1. Ахмедов К.С., Арипов Э.А., Вирская Г.М., ГлекельФ.Л., ЗайнудиновС.А., Погорельский К.В., Сидорова Т.П., Хамраев С.С., Шпилевская И.Н. Водорастворимые полимеры и их взаимодействия с дисперсными системами. – Ташкент: ФАН, 1975,

2. Хамраев С.С., АртыкбаевХ., Азимбаев С.А., Ахмедов К.С. – В кн.: Накопление и вымывание солей из структурных почв. – Ташкент: ФАН, 1984.

3. АртыковФ., Ахмедов К.С., Зайнутдинов С.А., Шушпанская Л.М. Новые полиэлектролиты для очистки сточных вод. –В сб.: Вторая республиканская конференция “Актуальные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов”. Тезисы докл. – Ташкент, 1980

4. Асанов А., Погорельский К.В., Ахметов К.С. Очистка мутных вод с использованием водорастворимых полиэлектролитов. – Узб. хим. ж., 1980 № 4