Предотвращение загрязнения природных водоемов хлоридами в процессах умягчения воды - Автореферат

Предотвращение загрязнения природных водоемов хлоридами в процессах умягчения воды Специальность: 03.00.16 - Экология (Химические науки) Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна” на кафедре инженерной химии и промышленной экологии. Научный руководитель - доктор технических наук, профессорНаиболее распространенный метод, позволяющий эффективно удалять ионы жесткости метод ионного обмена с применением различных типов катионитов. Предложенные способы восстановления растворов NACL по тем или иным причинам до сих пор не реализуются в промышленности. Основной целью диссертационной работы явилась разработка физико-химических и технологических основ рециркуляции отработанных растворов хлорида натрия, позволяющей существенно снижать сброс хлоридов в процессах умягчения воды. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: - выявление современных материалов и природоохранных технологий, направленных на снижение сброса хлоридов в процессах умягчения воды; изучение влияния концентрационных и температурных параметров на растворимость соединений, образующихся в технологии восстановления растворов NACL;Во введении обоснована актуальность проблемы предотвращения сбросов хлоридов в природные водоемы в процессах водоподготовки, сформулирована цель и основные задачи диссертационной работы.Особое внимание уделено физикохимии и технологиям регенерации катионитов, восстановления регенерационных растворов поваренной соли, т.е. вопросам уменьшения общего сброса хлоридов.Изложены методы постановки экспериментальных исследований и анализа состава растворов, твердых фаз.Изучено влияние температурных и концентрационных параметров на растворимость соединений кальция и магния в растворах NACL. В качестве реагентов использовались растворы Na2CO3 с концентрацией 5 - 15% и NAOH с концентрацией 10%. Показано влияние на параметры осаждения (степень, скорость, остаточная щелочность) периодического и непрерывного режимов подачи реагентов, их дозы и концентрации NACL. Режим подачи соды (непрерывный и периодический) не оказывает влияния на степень осаждения кальция и магния из раствора (рисунок 2), однако величины степени осветления суспензий существенно отличаются друг от друга. При этом наблюдается изменение фазового состава осадка по сравнению с осадком, образующимся при введении дозы соды 100% от стехиометрии.Изучена растворимость САСО3, Mg(OH)2, (MGOH)2CO3 в растворах NACL в интервале концентраций и температур, применительно к процессам солевой регенерации катионитов, используемых для умягчения природной воды. Обоснована целесообразность восстановления солевых растворов в процессах умягчения воды путем выделения из них солей жесткости содовыми растворами с целью предотвращения сброса хлоридов в природные водоемы. Экспериментально изучены основные закономерности процесса осаждения катионов и гидроксидов кальция и магния при введении в растворы NACL, содержащие до 500 мг-экв солей жесткости, растворов Na2CO3. Лучшие показатели достигнуты при непрерывном дозировании растворов соды, осуществлении процесса в две стадии: на первой стадии при обработке 70 - 80 % солевого раствора содой в избытке и смешивании суспензии с оставшимся количеством солевого раствора. Экспериментально доказана возможность регенерации катионитов в процессах умягчения воды растворами NACL, содержащими до 60 мг-экв/дм3 солей жесткости.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Изучена растворимость САСО3, Mg(OH)2, (MGOH)2CO3 в растворах NACL в интервале концентраций и температур, применительно к процессам солевой регенерации катионитов, используемых для умягчения природной воды. Показано увеличение растворимости солей с ростом концентрации NACL до 10% масс. в 2,5 - 4 раза и уменьшение растворимости с повышением температуры с 25 до 55 0С примерно в 2 раза. Растворимость CACO3 при прочих равных условиях в 7 - 10 раз выше растворимости магниевых солей. Полученные данные позволяют определять теоретически возможные остаточные концентрации солей жесткости при выделении последних из солевых растворов с использованием содовых растворов.

2. Обоснована целесообразность восстановления солевых растворов в процессах умягчения воды путем выделения из них солей жесткости содовыми растворами с целью предотвращения сброса хлоридов в природные водоемы. Экспериментально изучены основные закономерности процесса осаждения катионов и гидроксидов кальция и магния при введении в растворы NACL, содержащие до 500 мг-экв солей жесткости, растворов Na2CO3. Определены остаточные концентрации Ca2 и Mg2 в зависимости от дозы вводимой соды, порядка введения ее и режима проведения процесса. Лучшие показатели достигнуты при непрерывном дозировании растворов соды, осуществлении процесса в две стадии: на первой стадии при обработке 70 - 80 % солевого раствора содой в избытке и смешивании суспензии с оставшимся количеством солевого раствора. Остаточная жесткость не превышает 50 - 60 мг-экв/дм3 при содержании соды в 1 - 2 г/дм3. Скорость осветления суспензии в лабораторных условиях 0,15 - 0,25 мм/с.

3. Выявлены основные закономерности и влияние на кинетику и полноту выделения солей жесткости соотношения концентраций Ca2 и Mg2 в исходной воде. Показана возможность более полного выделения солей магния при замене части соды на щелочные растворы, в том числе возможность использования отработанных щелочных растворов.

4. Экспериментально доказана возможность регенерации катионитов в процессах умягчения воды растворами NACL, содержащими до 60 мг-экв/дм3 солей жесткости. При использовании подобных растворов рабочая обменная емкость уменьшается для катионитов КУ-2-8 всего на 3%, а для Lewatit примерно на 4,5%. Для предотвращения экранирования поверхности катионита с учетом индукционного периода образования твердой фазы скорость пропускания регенерата должна превышать 15 м/ч., при щелочности 0,2 - 0,3 % и остаточной жесткости не более 50 мг-экв/дм3.

5. Методами ИК - спектроскопии, термографического и рентгенофазового анализа установлен состав осадков, выделяющихся при осаждении солей жесткости из растворов NACL. Показано образование в твердой фазе, в основном кальцита, присутствие в осадке твердого раствора (Ca,Mg)CO3, тригидрата карбоната магния. Охарактеризованы дисперсность, белизна, абразивность осадков, показана возможность использования полученных осадков в качестве наполнителя бумаги.

6. На Котласском ЦБК проведены промышленные испытания разработанной технологии восстановления солевых растворов процесса водоподготовки. При расходах около 10 м3/ч доказана возможность выделения солей жесткости при использовании соды в двухстадийном процессе до остаточной жесткости 50 - 60 мг-экв/дм3 при скорости осветления суспензии около 1 мм/с. С учетом частичных потерь NACL с промывными водами, с выделяемым осадком и восполнение NACL введением свежего раствора жесткость солевых растворов, подаваемых на регенерацию катионита понижается до 30 - 40 мг-экв/дм3, что приемлемо для осуществления процесса. Разработанный метод позволяет более чем в 5 раз сократить сброс хлоридов в природные водоемы, т.е. решить одну из экологических проблем процессов водоподготовки. Проведена технико-экономическая оценка предложенной технологии. На основе результатов данной работы ООО «СТИМ - Техснаб» выполнен проект модернизации цеха водоподготовки Котласского ЦБК.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Клюев, С.А. Предотвращение загрязнений водоемов хлорид-ионами / С.А. Клюев, В.П. Панов, П.П. Власов // Экология и Безопасность жизнедеятельности: сборник материалов IV Международной научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА. - 2004. - с. 57.

2. Клюев, С.А. Регенерация растворов хлорида натрия в процессах водоподготовки. Сборник трудов аспирантов / С.А. Клюев, В.П. Панов, П. П. Власов // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности. Вып.8. - СПБ: СПГУТД. - 2005. - с.148 - 149.

3. Клюев, С.А. Рекуперация хлорида натрия из отработанных регенерационных растворов в процессах водоподготовки / С. А. Клюев, Н. А. Низовцева // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности: Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Дни науки». - СПБ: СПГУТД. - 2005. - с. 146

4. Клюев, С. А. О перспективах утилизации осадка солей жесткости, выделенных при регенерации NACL в процессах водоподготовки / С.А. Клюев, П.П. Власов, Н. Е. Панова // Вестник ДИТУД. № 4 (30). - Димитровград: ДИТУД. - 2006. - с. 22 - 24.

5. Панов, В. П. Исследование влияния примесей кальция и магния на регенерацию ионитов в процессах водоподготовки / В.П. Панов, С.А. Клюев // Вестник СПГУТД. Вып. 14. - СПБ: РИО СПГУТД. - 2007. - с. 91 - 92.

Статьи в журналах ВАК РФ: 6. Клюев, С.А. Снижение затрат и сброса в стоки хлоридов в процессах умягчения воды / С.А. Клюев, П.П. Власов, В.П. Панов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, №1С. - Иваново: ИГТА. - 2007. - с. 159 - 161.

Размещено на .ru