Залізовмісні стічні води утворюються на металургійних та машинобудівних підприємствах при кислотному травленні, на виробництвах двоокису титану, металообробці. Також, схожими за якісним складом є кислотні водовідливи вугільних шахт. Ці стоки містять від 100 до 1500 мг/л іонів двовалентного заліза у вигляді неорганічних солей, до 1000 мг/л вільної кислоти (сірчаної або соляної) і мають реакцію рН на рівні 4 – 5. Об’єми залізовмісних кислих стічних вод в залежності від потужностей виробництва, стану його водного господарства і рівня експлуатації водоочисних систем є досить значними і можуть сягати десятків і навіть сотень м3/год [1].
Потрапляючи в поверхневі природні водойми кислі стічні води призводять до порушення вуглецево-лужної рівноваги, що є важливим для зросту водних мікроорганізмів. Неорганічні солі двовалентного заліза у воді поверхневих водойм піддаються гідролізу з утворенням гідрату закису заліза (ІІ), який під дією розчиненого у воді кисню поступово перетворюється в гідроокис заліза (ІІІ) у вигляді яскраво-рудого осаду. Наявність такого осаду у водах річок і водосховищ в значній мірі перешкоджає фотосинтезу водної рослинності. Крім того, стрімко зменшується вміст у воді розчиненого кисню, що завдає шкоди водоймі, призводить до знищення водного органічного життя в цілому і унеможливлює використання цих водойм як джерела питного або технічного водопостачання.
В травильних виробництвах, машинобудуванні, металоообробці, виробництві двоокису титану, найчастіше використовують сірчану кислоту, соляну, азотну та фосфорну. У ряді випадків застосовують травлення у суміші кислот. Між тим, найчастіше в промисловості використовуються саме сірчана і соляна кислоти [2].
При травленні металевих поверхонь утворюються дві групи стічних вод, а саме відпрацьовані травильні розчини (ВТР) та промивні води (ПВ). Загальний об’єм стоку від процесів травлення містить 10 – 15% ВТР і 85 – 90% ПВ. На невеликих підприємствах ОТР і ПВ найчастіше оброблюють сумісно. Частково нейтралізований і очищений сток направляють в загальну систему промислової каналізації. На середніх і великих підприємствах сток ОТР і ПВ розділяють і оброблюють кожен окремо, що зумовлено необхідністю регенерації ВТР внаслідок високої вартості кислот. Технічні рішення з регенерації ОТР на сьогодні є майже для будь-яких способів травлення. Обробка ПВ ускладнюється тим, що вони мають значно більші об’єми ніж ВТР ( в 10 разів і більше), а також значно концентраціями солей і кислот[1-2] .
В зв’язку з вищесказаним, є актуальною задача розробки технічних рішень з обробки ПВ і їх подальшого використання в оборотній системі промивки. Для цього необхідно вивчити седиментаційні властивості зависі, яка утворюється і визначити допустимі швидкості осадження забруднюючих часток в спорудах очистки.
По класифікації Л.А. Кульського промивні води (ПВ), які містять розчини мінеральних кислот та їх солей, є гомогенними системами, відносяться до четвертої групи. Для очищення подібних вод можуть застосовуватися методи, які забезпечують нейтралізацію кислот та утворення малорозчинних гідратів оксидів металів. Тобто, очисні споруди повинні забезпечити вирішення двох основних завдань: нейтралізацію вільних кислот та переведення іонних розчинів солей заліза в малорозчинний гідрат закису [2].
Для рішення цих завдань застосовують обробку подібних стічних вод розчинами лугів. В промисловості найчастіше використовують вапняне молоко через його доступність і низьку вартість [1-3].
Гідрат закису заліза утворюється у вигляді колоїдного розчину, здатного до коагуляції вже при значеннях pH = 2,5 - 9,0. Колоїдні частинки Fe(OH)2 об'єднуються в агрегати, флокуляція яких призводить до утворення пластівців, здатних випадати в осад. На цій стадії нейтралізований сток відноситься вже до гетерогенних систем, тобто першої групи вод, для якої використовується процес коагуляції у вільному об’ємі. Осад, який при цьому утворюється має високу обводненість, що зумовлюється колоїдно-дисперсною структурою гідроксидів заліза та малими розмірами частинок (до 0,01 мкм). Пластівці осаду нестійкі, в процесі осадження вони здатні до злипання, руйнації, змінення розмірів і форму. Об’ємна вага таких часток мало відрізняється від об’ємної ваги води і становить 1,003 – 1,005 г/см3, а їх об’ємна концентрація - 25-40%. Це унеможливлює використання традиційних конструкцій відстійних споруд і методів їх розрахунку для ефективного очищення нейтралізованих стічних вод [2]. В зв’язку з цим можна зробити висновок, що одним з найвпливовіших факторів на швидкість осадження пластівців гідроксиду заліза є їх об’ємна концентрація, яка є відношенням загального об’єму пластівців до всього об’єму суспензії [2, 3].
При характерних для стічних вод, що розглядаються, значеннях об’ємної концентрації (до 35-40%) вільне осадження завислих часток відсутнє, а має місце стиснене осадження. Особливістю такого осадження є те, що швидкість седиментації залежить не тільки від розмірів і маси окремих часток, але й від їх об’ємної концентрації [2-4] .
Для розрахунку і проектування відстійних споруд одним з ключових є визначення вагової концентрації завислих речовин в нейтралізованих промивних водах, а також їх седиментаційні характеристики [1-2].
Дослідження проводили експериментальним шляхом на штучно приготовлених розчинах. Модельні розчини імітували за якісним складом нейтралізовані сірчанокислі стічні води, характерні для травильних процесів. При приготуванні розчинів використовували технічні сірчану кислоту, сульфат заліза (ІІ) і також технічне вапно Ca(OH)2 з вмістом активної речовини 5 – 10%.
Концентрації кислоти і сульфату заліза варіювали в межах їх реального вмісту. Вапно дозували до досягнення рН води значень 9 – 10. Досліди проводились в скляних циліндрах ємністю 1л. Концентрацію завислих речовин вимірювали ваговим способом за допомогою аналітичних терезів АДВ-200М, мембранних лабораторних фільтрів №4 діаметром 35 мм і пристрою Оліхова-Зейтца із скляною трубкою.
В результаті аналізу і обробки всього масиву експериментальних даних з вивчення кінетик осадження, побудована залежність допустимої швидкості седиментації часток від об’ємної концентрації зависі в нейтралізованих стічних водах (Рис. 1).
Рис 1. Вплив об’ємної концентрації суспензії на швидкість осадження
Показана закономірність дає можливість проводити технологічні розрахунки відстійних споруд і визначати їх будівельні розміри [1].
Таким чином, проведений на базі лабораторії кафедри водопостачання, водовідведення і очищення вод комплекс теоретичних і експериментальних досліджень показав вплив об’ємних концентрацій пластівцевидних часток в кислих залізовмісних стічних водах на допустиму швидкість осадження часток в стиснених умовах. Отримані результати корелюються з даними інших авторів [2, 4], що свідчить про достовірність і адекватність експериментів. Це дозволяє з достатнім ступенем точності визначити основні параметри роботи відстійних споруд та їх будівельні розміри. Наші подальші дослідження планується спрямувати на зменшення об’ємної концентрації суспензії шляхом використання флокулянтів, визначення їх доз, оцінки впливу рН на процес осадження, можливості проведення рециркуляції осаду і аерації стоку, а також попереднього нагріву оброблювальних розчинів.
Список літератури
1. Водопостачання та водовідведення промислових підприємств: навчальний посібник / С.В. Лукашенко, О.А. Сироватський, О.Г. Гайдучок та ін. Харків: Мачулін, 2022. 180 с.
2. Lawal, J.A., Anaun, T.E. An Overview of Characterization and Treatment Methods of Wastewater from Iron and Steel Industries // AJOSR. 2022. Vol. 4. P. 152-163.
3. Durdona Azimova, Dilnoza Salikhanova, Gulmira Nomozova, Izzat Eshmetov, Uktam Temirov. Treatment of waste water contaminated with iron ions on the basis of activated defecate // 3rd International Conference on Energetics, Civil and Agricultural Engineering. 2023. Vol. 377. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202337703005
4. Paula Guerra, Julio Valenzuela, Consuelo Rámila. Giannina Cattaneo. Settling of Iron and Aluminum Particles in Acid Solutions for Acid Drainage Remediation // Water. 2022. Vol. 14. https://doi.org/10.3390/w14142231
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter