Разработка технологии очистки сточных вод текстильных предприятий с целью их повторного использования 25. 00. 36 Геоэкология
| Вид материала | Автореферат |
- Разработка технологии очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием смешанного, 309.65kb.
- Методы очистки сточных вод, 28.89kb.
- Физико-химические методы очистки сточных вод Малкова С. В., Машкова С. А., Шапкин, 45.75kb.
- Технология очистки сточных вод промышленных предприятий и фильтратов полигонов тбо, 19.26kb.
- Контроль различных форм азота в процессе очистки сточных вод, 76.68kb.
- Технологическая схема очистки хозяйственно-бытовых сточных вод г. Кыштыма, 49.54kb.
- Очистка сточных вод, 34.57kb.
- Реферат установка для очистки сточных вод, 11.06kb.
- Физико-химические методы очистки сточных вод с применением коагулянтов1, 44.5kb.
- Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих, 4712.85kb.
1 2
УДК 661.62 На правах рукописи
БЕКЖИГИТОВА КУЛЯШ АСКАРБЕКОВНА
Разработка технологии очистки сточных вод текстильных предприятий с целью их повторного использования
25.00.36 – Геоэкология
Автореферат
диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук
Республика Казахстан
Шымкент, 2010
Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете им. М.Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан
Научный руководитель: доктор химических наук
Назарбекова С.П.
Официальные оппоненты: доктор технических наук
Заурбек А.К.
кандидат технических наук
Болысбек А.
Ведущая организация: Таразский государственный университет
им. М.Х. Дулати
Защита состоится « 30 » октября 2010г. В 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 14.23.02 при Южно-Казахстанском государственном университете им. М.Ауезова по адресу: 160012 г. Шымкент, пр.Тауке-хана, 5,главный корпус, ауд.342.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета им. М.Ауезова по адресу: 160012, г. Шымкент, пр.Тауке-хана, 5, главный корпус, ауд.215.
Автореферат разослан « 30 » сентября 2010г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук А.А.Анарбаев
ВВЕДЕНИЕ
Общая характеристика работы. В Концепции перехода РК к устойчивому развитию на 2007-2024 года отмечено, что научное обеспечение охраны окружающей среды в республике является одним из важных элементов повышения эффективности деятельности государства. Одним из основных направлений является разработка путей решения локальных экологических проблем, создания ресурсосберегающих, малоотходных, экологически эффективных технологий.
Устойчивое развитие может быть обеспечено, если хозяйственная деятельность человечества направлена на накопление и умножение природных и других богатств, что и обеспечит прогресс. В этом накоплении экономическая и экологическая практика неразрывны.
В настоящее время, чтобы обеспечить экологически экономически устойчивое развитие и не допустить глубокого энергетического кризиса в нашей стране необходимо направить усилия на экономию и снижение энергоемкости всех отраслей промышленности, исключение потерь энергии при транспортировке, снижение доли экспортируемого сырья и переход к экспорту продуктов его переработки. Несмотря на мировой экономический спад, в южном регионе Казахстана реализуется государственный план дальнейшей модернизации хлопково-текстильного кластера. Промышленные комплексы текстильного кластера связаны с большим водопотреблением и водоотведением, составом сточных вод, их очисткой и обезвреживанием. По традиционной схеме промышленные сточные воды текстильных производств проходят следующие стадии очистки:
- предварительная;
- биохимическая;
- обработка осадков с обезвоживанием;
- доочистка;
Особое место по объему используемой воды занимают производства, связанные с крашением и мерсеризацией материалов. Необходимо отметить, что красильно-отделочные производства текстильной промышленности являются предприятиями, которые могут оказывать значительное негативное влияние на окружающую среду. Это связано с использованием в технологических процессах широкого ассортимента красителей, поверхностно-активных веществ, окислителей и других химических реагентов. Сброс части этих веществ в сточные воды нарушает сложившееся равновесие в водоемах, приводя к гибели населяющие их организмы. Кроме того, отделочное производство является одним из самых водо- и энергоемких производств. В итоге расширение и совершенствование технологий хлопково-текстильного кластера приведет не только к улучшению экономики южного региона, но и к ухудшению экологической ситуации. Поэтому для решения проблемы снижения нагрузки на окружающую среду необходимо критически рассмотреть все протекающие в красильно-отделочном производстве процессы с позиций ресурсосбережения, исключения использования токсичных веществ, совершенствования управления, техники и технологии, в том числе очистки вредных сбросов и выбросов и использования оборотного водоснабжения.
Актуальность работы. Развитие хлопково-текстильного кластера в южном регионе Казахстана связано с образованием свободной экономической зоны (СЭЗ) «Онтустик». Хлопково-текстильный кластер является первым пилотным проектом в стране. Основная цель создания СЭЗ – переработка отечественного хлопкового волокна до готовой продукции. Планируется в дальнейшем строительство новых текстильных предприятий, увеличение территории СЭЗ достигается путем включения уже построенных современных текстильных предприятий, таких как «Ютекс», «Меланж», «Альянс Казахско-Русский текстиль». Мировой опыт создания и функционирования СЭЗ показывает, что инвесторам надо предлагать не только экономически-благоприятные условия, но и ставить перед ними дополнительные конкурентные условия по созданию экологически безопасных текстильных производств. Отечественная текстильная промышленность потребляет значительно больше энергоносителей и воды, чем промышленность стран Западной Европы. Там удельное потребление на отделку тонны текстильных материалов в среднем составляет около 100м3 воды и 15-20 тыс. кВт/час электроэнергии что в 2-3 раза ниже, чем на отечественных предприятиях. Кроме того, на текстильных предприятиях используется огромное количество наименований химических материалов и красителей. Часть веществ, наносимых на текстильный материал, удаляется при его очистке (шлихтующие и замасливающие вещества, легкосмываемые красители) в отделочном производстве и поступает в сточные воды. Поэтому разработка технологии очистки промышленных сточных вод текстильных производств за счет разработки новых ресурсосберегающих процессов остается актуальной задачей.
Проведение данной научно-исследовательской работы связано с необходимостью снижения водо- и энергопотребления, снижения нагрузки на окружающую среду, и повышения эффективности очистки сточных вод красильно-отделочного цеха на примере АО «Меланж» ЮКО.
Работа выполнена в соответствии с планом Б-ТФ-06-05-05- «Создание экологически безопасных производств и разработка комплексных ресурсосберегающих технологий переработки местного сырья», Б-ТИ-06-14-01- «Совершенствование процесса питания барабанной сушилки для повышения качества сушки, очистки и джинирования».
Цель работы. Разработка технологии очистки промышленных сточных вод красильно-отделочного и отбельно-мерсеризационного цехов АО «Меланж» ЮКО с целью повторного использования очищенных стоков на предприятии. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- исследование процесса очистки сточных вод красильно-отделочного цеха методом реагентной напорной флотации;
- исследование процесса очистки сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха методом безреагентной напорной флотации;
- исследование процесса доочистки сточных вод от взвешенных веществ;
- исследование процесса доочистки сточных вод от растворенных органических веществ на АУ;
- исследование процесса очистки окрашенных сточных вод комплексным методом «адсорбент- коагулянт», полученных на основе минерального сырья и отходов промышленности РК;
- разработка технологии очистки сточных вод текстильных производств с целью их повторного использования.
Научная новизна работы:
- разработана технология очистки сточных вод АО «Меланж» физико-химическими методами;
- разработана технология доочистки сточных вод АО «Меланж» угольными сорбентами;
- разработана технология очистки окрашенных сточных вод АО «Меланж» сорбентами на основе отходов и минерального сырья РК;
- изучен процесс очистки сточных вод комплексным способом «адсорбент-коагулянт» на основе бентонитовой глины, фосфогипса, природного цеолита;
- проведена математическая обработка результатов очистки сточных вод красильно-отделочного цеха методом реагентной напорной флотации;
- проведена математическая обработка результатов очистки сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха методом безреагентной напорной флотации.
Практическая ценность работы:
- разработана технология очистки сточных вод текстильных производств с целью их повторного использования;
- определена экономическая эффективность разработанной технологии очистки сточных вод текстильных производств;
- предложен эффективный способ очистки сточных вод с использованием в качестве адсорбента местное минеральное сырьё и отходы промышленности;
- разработана рекомендация по разработке технологии очистки сточных вод текстильных производств с целью их повторного использования ;
- результаты НИР внедрены в учебный процесс.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- кинетические закономерности влияния различных параметров на степень очистки сточных вод красильно-отделочного производства методом реагентной напорной флотации;
- кинетические закономерности влияния различных параметров на степень очистки сточных вод отбельно-мерсеризационных производств методом безреагентной напорной флотации;
- технология очистки сточных вод комплексным способом «адсорбция-коагуляция»;
- технология очистки сточных вод с возможностью их повторного использования на текстильных предприятиях;
- математическая обработка результатов процесса очистки сточных вод красильно-отделочного цеха методом реагентной напорной флотации;
- математическая обработка результатов процесса очистки сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха методом безреагентной напорной флотации.
Достоверность полученных результатов определяется согласованностью и воспроизводимостью результатов на основании использования стандартных методов анализа сточных вод с применением современных физико-химических приборов. Все результаты получены с доверительным уровнем вероятности 95%.
Личный вклад автора заключается в самостоятельном выполнении всех экспериментов, обобщении и интерпретации данных, выявлении влияния флокулянтов, ПАВ, активных углей на адсорбцию растворенных органических веществ из сточных вод текстильных производств.
Апробация работы. Основные научные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие - основа устойчивой экономики Казахстана» (Шымкент,2006); 10-ой научной студенческой конференции по естественным, техническим, социально-гуманитарным и экономическим наукам, посвященной посланию Президента народу Казахстана «Новый Казахстан в новом мире» (Шымкент,2007); международной научно-практической конференции «Современная интеграция: культура, наука и технология» (Алматы,2008); международной научно-практической конференции «Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке» (Шымкент,2009); 6-ой международной научно-практической конференции,посвященной 15-летию ЮКГИ им. М.Сапарбаева « Проблемы науки и образования в современных условиях» (Шымкент,2009); международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука - производству» (Набережные Челны,2010).
Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 10 научных трудах, из них 4 научные статьи в периодических изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 разделов, заключения, списка использованных источников. Изложена на 141 страницах, содержит 30 таблиц, 22 рисунка и список использованных источников из 182 наименований, приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности решаемой проблемы, основание и исходные данные для разработки темы, обоснование необходимости проведения научно-исследовательской работы, актуальность и научная новизна, объект и предмет, задачи исследования, показана практическая ценность диссертационной работы, положения, выносимые на защиту, апробация практических результатов, приведена ее структура.
В первом разделе рассмотрено современное состояние сточных вод красильно-отделочных предприятий текстильной промышленности. Уделено внимание методам очистки сточных вод красильно-отделочного цеха (коагуляцией, флотацией, электрохимическими методами и др.), методам доочистки (фильтрованием, адсорбцией на АУ). Рассмотрена технология образования сточных вод на красильно-отделочных предприятиях. Проведено обоснование необходимости очистки сточных вод красильно-отделочных цехов и повторного использования очищенных вод.
Во втором разделе приведены методы и объекты исследования. Объектами исследования были сточные воды АО «Меланж». В качестве адсорбентов были использованы: бентонитовая глина Кынгракского месторождения, фосфогипс – многотоннажный отход производства фосфорной кислоты, природные цеолиты АО «Рыстас».
В третьем разделе приведены результаты по исследованию основных закономерностей очистки сточных вод физико-химическими методами.
Основным загрязнением сточных вод красильно-отделочного цеха, которые необходимо удалить в процессе очистки, являются синтетические красители и ПАВ.
На первой стадии очистки производственных сточных вод красильно-отделочного цеха нами применяется метод реагентной напорной флотации. В качестве минеральных коагулянтов используются сульфат алюминия Al2(SO4)3·18H2O, либо хлорид железа FeCl3·6H2O.
Гидролиз коагулянтов в условиях нейтрализации образующихся ионов водорода бикарбонатными ионами солей, растворённых в сточных водах, приводит к выпадению крупнопористых хлопьев осадков оксигидратов алюминия и железа, обладающих значительной доступной удельной поверхностью – 100-400 м2/г.
Введение в воду коагулянтов позволяет извлечь из неё коллоидные и растворённые загрязнения. Обусловлено это действием физико-химических сил, возникающих при образовании в воде развитой поверхности хлопьев, сорбирующих на себе загрязнения.
Сорбция на поверхности оксигидратов и химическое воздействие с ними загрязняющих веществ в значительной мере зависят от степени электролитической диссоциации коллоидных электролитов, а также от соотношения электрических зарядов, которыми обладают частицы загрязнений различной степени дисперсности и гидроокисей. Эти факторы определяются значениями рН среды сточных вод.
В лабораторных условиях АО «Меланж» выполнены серии экспериментов по очистке усредненных проб сточных вод красильно-отделочного цеха. Результаты показали, что наибольший эффект очистки сточных вод красильно-отделочного цеха при использовании в качестве коагулянта сульфата алюминия достигается в интервале значений рН среды от 6,5 до 8,0 и при использовании хлорида железа – интервале значений рН от 7,0 до 8,5.
При очистке природных вод минеральными коагулянтами изоэлектрическое состояние коллоидных систем оксигидратов алюминия и железа (ζ – потенциал равен нулю) устанавливается при значениях рН = 6-7.
Смещение оптимальных значений рН в щелочную среду в нашем случае можно объяснить высокими показателями жёсткости – 6-8 мг-экв/л и щёлочности – 6-10 мг-экв/л сточных вод красильно-отделочного цеха.
Повышенная жёсткость сточных вод красильно-отделочного цеха обусловлена использованием в технологических процессах не умягчённой, а лишь осветлённой воды. Кроме того, в технологических процессах применяются минеральные отделочные вещества, содержащие ионы щелочноземельных металлов Са+2, Мg+2, например, хлористый магний, сода кальцинированная и т.д.
Изучение эффективности очистки сточных вод красильно-отделочного цеха в зависимости от доз минеральных коагулянтов определено, что оптимальные дозы для сульфата алюминия составляют 250-300 мг/л и для хлорида железа – 200-250 мг/л (считая на безводный продукт соли), при этом эффективность очистки по показателю ХПК достигает 42-60%, по интенсивности окраски – 80-90%. ПАВ удаляются в среднем: анионоактивные – на 61%, неионогенные на 54 % . В таблице 1 приводятся результаты очистки сточных вод красильно-отделочного цеха по ПАВ сульфатом алюминия и хлоридом железа дозами 50-300 мг/л. Дальнейшее увеличение доз минеральных коагулянтов практически не повышает эффект очистки.
Т
2
аблица 1 - Снижение концентрации анионоактивных и неионогенных ПАВ при очистке сточных вод красильно-отделочного цеха
| Характеристика воды | Коагулянт | Интенсивность окраски по разведению, % | ПАВ | ||
| название | доза, мг/л | анионо-активные, мг/л | неионо-генные, мг/л | ||
| До очистки | - | - | 1:312-1:800 | 10,6-23,3 | 15,1-31,2 |
| После сорбции на оксигидрате алюминия | сульфат алюминия | 100 200 250 300 | 1:50-1:100 1:30-1:80 1:15-1:30 1:10-1:20 | 8-14,5 4,9-10,7 5-10,5 4,3-9,3 | 10,1-21 7,3-18 7,8-16,5 7,5-14,8 |
| После сорбции на оксигидрате железа | хлорид железа | 50 100 200 250 | 1:50-1:180 1:40-1:100 1:20-1:40 1:10-1:20 | 7,7-18,3 5,2-12 4,8-10,9 4,0-9,1 | 10,9-22,5 8,3-17,2 6,6-15,7 6,8-13,9 |
Эффект очистки по показателю ХПК в среднем составил: при использовании сульфата алюминия дозами 200-250 мг/л – 48%, дозой 300 мг/л – 56% при использовании хлорида железа дозами 150-200 мг/л -54%, дозой 250 мг/л – 64%. Интенсивность окраски в зависимости от исходной окраски воды и доз коагулянтов снижалась в среднем на 82-90%.
По данным таблицы 2 видно, что нaиболее эффективен коагулянт хлорид железа: эффект очистки по ХПК при его использовании дозами 200-250 мг/л в среднем на 16% выше, чем при использовании таких же доз сульфата алюминия. Эти результаты подтверждают то, что поверхность сорбции оксигидрата железа больше, чем оксигидрата алюминия при одинаковых условиях коагуляции.
В настоящее время в странах ближнего и дальнего зарубежья кроме минеральных коагулянтов, в практике очистки сточных вод предприятий текстильной промышленности все более широкое применение находят флокулянты. Установлено, что полиэлектролиты, несмотря на их большую стоимость, имеют определённые преимущества перед минеральными коагулянтами – они эффективней и могут применяться в значительно меньших дозах, не коррозийные, легко транспортируются и не увеличивают солесодержания в очищаемой воде .
Таблица 2 - Эффективность очистки сточных вод красильно-отделочного цеха оптимальными дозами минеральных коагулянтов
| № опыта | Поступающая вода | Коагулянт | рН | Эффект очистки | Объем осадка, % | ||||
| ХПК, мг/л | интенсивность окраски по разведению, % | формула | доза, мг/л | до очист-ки | после очист-ки | по ХПК, мг/л % | интенсивность окраски по разведению, % | ||
| 1 | 681 | 1:352 | Al2(SO4)3 | 300 | 8,03 | 5,27 | 59,44 | 82,15 | 9,54 |
| 2 | 681 | 1:352 | FeCl3 | 250 | 8,03 | 5,14 | 66,37 | 85,02 | 9,54 |
| 3 | 880 | 1:400 | Al2(SO4)3 | 300 | 6,98 | 4,56 | 63,18 | 80,00 | 6,36 |
| 4 | 880 | 1:400 | FeCl3 | 250 | 8,08 | 4,96 | 73,29 | 80,00 | 7,63 |
| 5 | 820 | 1:400 | Al2(SO4)3 | 200 | 7,96 | 5,86 | 47,56 | 90,25 | 8,90 |
| 6 | 820 | 1:400 | FeCl3 | 150 | 7,96 | 5,83 | 58,04 | 77,75 | 9,54 |
| 7 | 622 | 1:320 | Al2(SO4)3 | 200 | 8,09 | 5,75 | 51,76 | 84,37 | 7,95 |
| 8 | 622 | 1:320 | FeCl3 | 150 | 8,09 | 5,72 | 53,62 | 60,90 | 6,36 |
| 9 | 600 | 1:390 | Al2(SO4)3 | 300 | 6,97 | 5,70 | 60,33 | 93,58 | 9,22 |
| 10 | 600 | 1:390 | FeCl3 | 150 | 6,97 | 5,08 | 56,67 | 89,74 | 9,54 |
| 11 | 456 | 1:312 | Al2(SO4)3 | 250 | 7,69 | 6,25 | 46,27 | 90,06 | 7,28 |
| 12 | 456 | 1:312 | - " - | 300 | 7,69 | 5,87 | 50,0 | 90,06 | 8,90 |
| 13 | 645 | 1:200 | - " - | 250 | 7,67 | 5,45 | 50,38 | 80,0 | 7,31 |
| 14 | 645 | 1:200 | - " - | 300 | 7,67 | 4,67 | 57,82 | 80,0 | 7,31 |
| 15 | 920 | 1:800 | - " - | 200 | 7,02 | 5,45 | 41,84 | 87,50 | 7,42 |
| 16 | 920 | 1:800 | - " - | 300 | 7,02 | 4,49 | 48,39 | 90,0 | 7,95 |
| 17 | 920 | 1:800 | FeCl3 | 200 | 7,02 | 4,90 | 47,82 | 90,0 | 7,51 |
| 18 | 920 | 1:800 | - " - | 250 | 7,02 | 4,11 | 51,08 | 90,0 | 7,84 |
Поскольку большинство коллоидных органических и минеральных загрязнений сточных вод заряжено отрицательно, нами применялся катионный флокулянт полиэтиленимин (ПЭИ).
Исследования выполнены с тремя образцами ПЭИ различной молекулярной массы: 10, 50 и 80 тыс. В таблице 16 приведены результаты очистки сточных вод красильно-отделочного цеха при использовании этих образцов ПЭИ. Наиболее эффективное действие оказывает ПЭИ с молекулярной массой 80 тыс.: по величинам показателей ХПК и интенсивности окраски очищенных вод его применение дозами 10-30 мг/л более эффективно, чем ПЭИ с молекулярными массами 10 и 50 тыс. Поэтому дальнейшие эксперименты проведены при использовании ПЭИ с молекулярной массой 80 тыс.
По графикам эффективности очистки сточных вод красильно-отделочного цеха в зависимости от дозы ПЭИ (рисунок 1) определены его оптимальные дозы, которые составили 30-40 мг/л, при этом величина показателя ХПК сточных вод снижается на 48-55%, интенсивности окраски на 90-94%. Оптимальные дозы как ПЭИ, так и минеральных коагулянтов дают практически одинаковый эффект очистки по интенсивности окраски и по ХПК. Однако, необходимо учитывать, что при использовании ПЭИ дозами 30-40 мг/л объём осадка составил 0,95-1,59% по сравнению 6,36-9,54% объёма очищаемой воды при использовании 250-300 мг/л минеральных коагулянтов.
1 – интенсивность окраски Со =1:500;2-интенсивность окраски Со = 1:380;
3 – интенсивность окраски Со =1:500
1-ХПКо = 610 мг/л; 2-ХПКо = 578 мг/л; 3-ХПКо = 515 мг/л
Рисунок 1 - Эффективность очистки сточных вод красильно-отделочного цеха при использовании ПЭИ
Следующая серия экспериментов выполнялась с целью определения эффективности очистки сточных вод красильно-отделочного цеха при совместном использовании минеральных коагулянтов и ПЭИ. Результаты экспериментов приведены в таблице 3.
Полученный высокий эффект очистки сточных вод объясняется не только взаимодействием макромолекул полиэлектролита с поверхностью оксигидратов, но и дополнительным действием электростатических сил, обусловливающих притяжение противоположно заряжённых частиц оксигидратов и коллоидных загрязнений (отрицательно), с одной стороны, и продуктов гидролиза (положительно), с другой стороны. Кроме того, преимущество совместного использования минеральных коагулянтов выражается несколькими показателями: резким снижением – 2-2,5 раза – доз минеральных коагулянтов при дозе ПЭИ 5 мг/л; более стабильным значением рН среды – снижение рН происходит не более, чем на единицу по сравнению со снижением рН на 2-3 единицы при использовании только минеральных коагулянтов; меньшим объёмом осадка – 4,41-4,62% по сравнению с 6,36-9,54% объёма очищаемой воды при использовании минеральных коагулянтов.
Таблица 3 - Снижение концентрации загрязнений сточных вод красильно-отделочного цеха при совместном использовании сульфата алюминия и ПЭИ
| Сточная вода | Дозы | Интенсивность окраски по разведению, % | ХПК, мг/л | ПАВ | рН | Объем осадка, % | ||
| сульфат алюминия, мг/л | ПЭИ, мг/л | анионо активные, мг/л | неионо-генные, мг/л | |||||
| До очистки | - 100 100 100 | - 1 2 3 | 1:250-1:500 1:60-1:80 1:40-1:50 1:25-1:40 | 515-610 252-400 236-416 211-400 | 12,8-19,4 11,3-16,3 9,5-15,8 7,3-12,4 | 10-20,8 9,5-20,0 8,5-17,4 7,8-16,5 | 7,53-7,94 6,84-7,0 7,12-7,37 7,11-7,40 | - 3,5-3,85 4,1-4,26 4,2 -4,58 |
| После очистки | 100 100 100 | 4 5 6 | 1:25-1:30 1:20-1:25 1:20-1:25 | 211-379 190-299 187-300 | 7,3-10,0 5,8-9,2 5,6-9,2 | 6,9-12,9 6,3-12,0 6,0-12,5 | 6,83-7,22 6,83-7,18 6,85-7,17 | 4,4 -4,58 4,4 -4,62 4,4 -4,62 |
В соответствии с разрабатываемой нами технологической схемой очистки экспериментальные исследования были направлены на изучение эффективности очистки сточных вод красильно-отделочного цеха методом реагентной напорной флотации и определение оптимальных параметров процесса.
Эффективность процесса реагентной напорной флотации оценивалась степенью удаления из сточных вод ПАВ, красителей и других текстильных вспомогательных веществ (ТВВ) по показателям ХПК, интенсивности окраски и концентрации ПАВ, кроме того, определялась степень удаления взвешенных веществ.
Серия экспериментов по реагентной напорной флотации сточных вод красильно-отделочного цеха проведена на установке контактного действия. Исследования выполнялись в соответствии со стандартными методиками. Напорная флотация сточных вод красильно-отделочного цеха проводилась при насыщении воздухом 30, 50 и 100% очищенной воды.
Изучение кинетики удаления загрязнений из сточных вод красильно-отделочного цеха показала, что наибольшая степень очистки по всем показателям загрязнений достигается при режиме 50%-ной рециркуляции очищенной воды. Процесс флотации заканчивается за 20-25 мин, при этом эффект очистки по интенсивности окраски составляет 90-91%, по взвешенным веществам – 80-82%, по показателю ХПК – 69-71%, по ПАВ (анионоактивным и неионогенным) – 71-73%.
Показатели очистки сточных вод красильно-отделочного цеха методом реагентной напорной флотации приведены в таблице 4, по данным которой видно, что степень удаления загрязнений этим методом значительно выше, по сравнению с отстаиванием осадков оксигидратов алюминия или железа с адсорбированными загрязнениями. Эффекты снижения величины показателя ХПК и концентрации ПАВ в сточных водах в среднем составили 65% и 73% и по сравнению с эффектами снижения этих же показателей при отстаивании осадков оксигидратов на 48-54% и на 54-61% соответственно.
Высокая степень удаления ПАВ и других органических загрязнений из сточных вод красильно-отделочного цеха объясняется тем, что в процессе реагентной напорной флотации, кроме сорбции указанных веществ на поверхностях оксигидратов, происходит сорбция ионов и молекул растворённых веществ на поверхностях пузырьков воздуха и вынос их в пенный слой.
Таблица 4 - Показатели очистки сточных вод красильно-отделочного цеха методом реагентной напорной флотации
| Показатели | До очистки | После очистки | Эффект очистки, % | |||
| минимальные, максимальные значения | средние значения | минимальные, максимальные значения | средние значения | минимальный, максимальный | средний | |
| Интенсивность окраски по разведению | 1:200-1:500 | 1:220 | 1:16-1:50 | 1:25 | 83-90 | 88 |
| Взвешенные вещества, мг/л | 220-420 | 280 | 45-75 | 50 | 80-82 | 82 |
| Сухой остаток, мг/л | 1000-2600 | 2150 | 850-1850 | 1620 | - | - |
| Зольность сухого остатка, % | 42-46 | 44 | 45-47 | 45 | - | - |
| ХПК, мг О2/л | 520-920 | 780 | 160-320 | 270 | 63-70 | 65 |
| БПКполн, мг О2/л | 200-350 | 320 | 120-150 | 140 | 52-57 | 56 |
| рН | 7,86-10,14 | 8,25 | 5,48-7,12 | 6,03 | - | - |
| ПАВ, мг/л: неионогенные анионоактивные | 10-23 15-31 | 19 23 | 3-6 5-7 | 5 6,5 | 674 71-78 | 73 75 |
В диссертации автором работы проводилась очистка сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха, учитывая щелочность среды проводилась методом безреагентной напорной флотации.Результаты исследований приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Показатели очистки сточных вод отбельно-мерсеризационного
цеха методом безреагентной напорной флотации
| Показатели | До очистки | После очистки | Эффект очистки, % | |||
| мини-мальные, макси-мальные значения | средние значения | мини-мальные, макси-мальные значения | сред-ние значе-ния | мини-маль-ный, макси-маль-ный | сред-ний | |
| Интенсивность окраски по разведению | 1:20-1:40 | 1:30 | 1:10-1:30 | 1:24 | 19-22 | 20 |
| Взвешенные вещества, мг/л | 130-600 | 200 | 25-75 | 35 | 80-85 | 83 |
| Сухой остаток, мг/л | 1300-2000 | 1600 | 880-1600 | 1200 | - | - |
| Зольность сухого остатка, % | 40-45 | 43 | 41-45 | 42 | - | - |
| ХПК, мг О2/л | 600-160 | 1200 | 400-1100 | 820 | 30-35 | 32 |
| БПКполн., мг О2/л | 120-4000 | 280 | 90-320 | 210 | 20-25 | 24 |
| рН | 9,7-11,72 | 10,05 | 9,5-11,2 | 10,0 | - | - |
| Пав, мг/л: неионогенные анионоактивные | 10,4-19,5 9-28 | 14 17 | 4-7 3,5-8 | 5,5 6 | 58-64 59-69 | 60 65 |
В результате очистки сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха методом безреагентной напорной флотации достигается высокий эффект удаления взвешенных веществ – на 80-85% при снижении концентрации ХПК 30-35%, ПАВ – на 60-65%.
В четвертом разделе приведены результаты исследований процессов доочистки сточных вод красильно-отделочного цеха.
Опыт эксплуатации системы очистки и повторного использования очищенных сточных вод на текстильных предриятиях показывает, что в водах, используемых для промывки тканей, концентрация взвешенных веществ не должна превышать 5 мг/л.
На доочистку сточные воды красильно-отделочного цеха, прошедшие очистку методом реагентной напорной флотации, поступают с показателями загрязнений, которые приведены в таблице 4.
Эксперименты по снижению концентрации взвешенных частиц в процессе доочистки сточных вод на гравийно-песчаном фильтре показали, что наиболее стабильные результаты по количеству взвешенных веществ в фильтрате получены при скоростях фильтрации восходящего потока сточных вод 5,0-7,5 м/ч, при этом происходит снижение концентрации взвешенных веществ в среднем на 93,7-94,2%. При скорости 10 м/ч эффект очистки по взвешенным веществам был ниже – в среднем 90,3%. Поэтому дальнейшие эксперименты по доочистке сточных вод от взвешенных веществ проведены при скоростях фильтрации восходящего потока 5-7,5 м/ч.Оптимальное время фильтроцикла составило 15-17 час.
Доочистка сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха от взвешенных веществ также проводилась при скоростях фильтрации восходящего потока 5-7,5 м/ч на гравийно- песчаном фильтре, фильтроцикл составил 18-20 ч. При эффекте задержания взвеси 92,5-95%.
Для повторного использования очищенных сточных вод в таких процессах отделки как крашение хлопчатобумажных тканей в светлые и средние тона необходимо использовать только полностью бесцветные воды.
Обесцвечивание сточных вод красильно-отделочного цеха (после их предварительной очистки методом реагентной напорной флотации и доочистки от взвешенных веществ на гравийно-песчаных фильтрах) нами достигается в ходе доочистки сточных вод от растворённых органических загрязнений на активированных углях. На доочистку при помощи активных углей сточные воды красильно-отделочного цеха поступают со следующими показателями загрязнений: интенсивность окраски по разведению 1:10 – 1:40; взвешенные вещества 3,5 мг/л; ХПК 145-270 мг/л; БПК полн. 100-130 мг/л; ПАВ (неионогенные и анионоактивные) 5,5-10,5 мг/л.
При подборе марки активного угля в исследованиях сравнивалась сорбционная способность следующих марок активных углей: АГ-3, АГ-5, АР-3, БАУ, СКТ, КАД-иодный. Указанные марки активных углей обладают наибольшим объемом микропор - от 0,285 до 0,51 см3/г - по сравнению с другими марками углей, выпускаемых промышленностью стран СНГ.
Сорбционная активность изучалась по стандартной методике. Все пробы сточных вод после контакта с активными углями были полностью обесцвечены.
В соответствии с величинами эффекта сорбции растворённых органических загрязнений, выраженных показателем ХПК, можно сделать вывод, что наибольшей сорбционной способностью по отношению к загрязнениям сточных вод красильно-отделочного цеха обладают активные угли марок АГ-5, СКТ. Эффект сорбции по ХПК в среднем составил для углей АГ-5 - 99,33%, АГ-3 - 88,54%, СКТ- 86,32%. Эффект сорбции органических загрязнений на углях БАУ, КАД-иодный, АР-3 был ниже и соответственно составил в среднем: 81, 31; 79,56; 76,23%. Поэтому дальнейшие эксперименты по изучению кинетики адсорбции были проведены при использовании активных углей марок АГ-5, АГ-3 и СКТ.
По усредненным данным построены кинетические кривые адсорбции загрязнений из сточных вод активными углями АГ-3, АГ-5 и СКТ (рисунок 2). Опытные данные показали, что кинетическую кривую адсорбции загрязнений из сточных вод любым активным углем можно разделить на два ярко выраженных участка.
Первый участок характеризует протекание процесса адсорбции с момента начала контакта фаз до насыщения адсорбента на 70-95%, второй участок - скорость насыщения оставшегося объема сорбента.
В пятом разделе приведены результаты исследований очистки сточных вод от растворенных органических веществ адсорбентами и реагентами на основе местного сырья.
1 - АГ-5; 2 - АГ-3; 3 – СКТ
Рисунок 2 - Кинетика снижения величины ХПК сточных вод при
использовании активных углей
Проведенные исследования по очистке сточных вод физико-химическими методами показали достаточно невысокую эффективность этого метода, что привело к необходимости осуществлять доочистку от растворенных органических веществ на активированных углях. Хотя угольные сорбенты позволяют удалить из сточных вод органические вещества с высокой степенью очистки, импортозависимость, высокая стоимость и склонность к регенерации активированных углей ставит перед исследователями задачи по разработке новых технологий очистки сточных вод с использованием адсорбентов и реагентов на основе местного сырья.
Автором данной работы проведены эксперименты по использованию адсорбентов из отходов промышленности и местного минерального сырья (фосфогипса,бентонитовой глины, природного цеолита) в комплексном сочетании с коагулянтом (сульфатом алюминия).
Для очистки окрашенной сточной воды использовалась бентонитовая глина Кынгракского месторождения в количестве 1,0-15,0 г/л в сочетании с сульфатом алюминия как коагулянта в количестве 0,3-0,5 г/л .
Результаты показали высокую степень обесцвечивания до 75-95 % . Эти показатели характерны для всех сточных вод независимо от величин их рН и цветности.
На основании экспериментов построены графики зависимости эффективности снижения интенсивности окрашивания от дозы сульфата алюминия и глины. По полученным результатам таблицы и графиков, следует отметить, что эффективность очистки окрашенной воды только на бентонитовой глине недостаточна. Поэтому необходимо вводить в систему после адсорбции коагулянт. Надо отметить, что Кынгракская бентонитовая глина в сочетании с сульфатом алюминия обеспечивает не только высокую степень обесцвечивания, но и хорошо очищает воду от высокодисперсной мути и присутствующих в ней ПАВ.
Исследования по очистке окрашенной сточной воды на природном цеолите Чанканайского месторождения с коагулянтом на основе сульфата алюминия также показали зависимость эффективности снижения интенсивности окрашивания от количества цеолита и сульфата алюминия. Использование цеолита в сочетании с сульфатом алюминия в количествах 300-500 мг/л дает высокую степень очистки до 93-98%.
Из полученных видно, что степень обесцвечивания на цеолите с сульфатом алюминия несколько выше по сравнению с бентонитовой композицией. Это наблюдается и для чистого цеолита без коагулянта. Так эффективность снижения интенсивности окрашивания составила 58-82% при различных рН воды и цвета окраски.
По аналогии с предыдущими адсорбентами автором изучалось осветление на фосфогипсе сточной воды от красителей и последующей коагуляцией коллоидных частиц на сульфате алюминия. В результате исследований наблюдалось снижение интенсивности окрашивания в зависимости от цвета красителей и рН среды.
Степень снижения интенсивности окрашивания увеличивается при увеличении количеств сульфата алюминия и фосфогипса и достигает максимального значения (73-95%) в интервале 5,0 – 15,0 г/л для фосфогипса и сульфата алюминия 0,4 – 0,5 г/л для разных значений рН. Кроме того отмечено, что на фосфогипсе наблюдается хорошая очистка от высокодисперсной мути и присутствующих в воде различных ПАВ .
Таким образом, на основании проведенных исследований по очистке сточных вод красильно-отделочного цеха на адсорбентах, полученных из местного минерального сырья (бентонитовая глина Кынгракского месторождения и природного цеолита Чанканайского месторождения) и отходов фосфорной промышленности (фосфогипс) с последующей коагуляцией сульфатом алюминия показали возможность использования этого эффективного способа удаления из воды окрашивающих органических веществ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В результате анализа состава загрязнений сточных вод
красильно-отделочного производства текстильной промышленности,
современных методов очистки сточных вод от ПАВ и красителей и работы действующих очистных сооружений на предприятиях текстильной промышленности сделан вывод о целесообразности разделения сточных вод на три потока.
2. Технологическая схема очистки сточных вод решена применением нескольких взаимодополняющих физико-химических методов очистки: реагентная напорная флотация, фильтрация через гравийно-песчаный фильтр, адсорбция на активном угле (сточные воды красильно-отделочного цеха); безреагентная напорная флотация (сточные воды отбельно-мерсеризационного цеха).
3. Применение метода реагентной напорной флотации для очистки сточных вод красильно-отделочного цеха позволяет снизить интенсивность окраски сточных вод на 83-90%, концентрацию ПАВ – на 68-78%.
4. В процессе очистки сточных вод отбельно-мерсеризационного цеха методом безреагентной напорной флотации достигается эффект снижения концентрации ПАВ на 60-65%, взвешенных веществ на 80-85%.
5. Использование гравийно-песчаных фильтров для доочистки сточных вод от взвешенных веществ снижает их концентрацию в сточных водах:
- красильно-отделочного цеха – на 91-93%;
- отбельно-мерсеризационного цеха – на 92-95%.
6. После доочистки сточных вод красильно-отделочного цеха на активном угле АГ-3, они бесцветны, практически не содержат ПAB,величина показателя XПK составляет 23-67 мг/л.
7. Исследован процесс очистки сточных вод комплексным способом «адсорбент-коагулянт» с использованием в качестве адсорбента местного сырья и отхода фосфорной промышленности – (бентонитовая глина, природный цеолит и фосфогипс).
8. Математическая обработка экспериментальных данных позволила определить расчетные зависимости основных параметров процессов очистки сточных вод, которые достаточно просты и удобны при расчетах сооружений.
9. Разработана технология очистки сточных вод красильно-отделочного цеха на примере АО «Меланж» ЮКО. Предполагаемая эколого-экономическая эффективность разработанной технологии составит 8 млн.тенге.
Оценка полноты решения поставленных задач. Полнота решений поставленных задач подтверждаются результатами выполненных лабораторных и опытных исследований, испытания образцов сорбентов в промышленных условиях, а также результатами обработки и обсуждения полученных результатов позволивших сформулировать изложенные научные положения.
Рекомендации по использованию результатов исследований. Полученные результаты экспериментов и инженерно – экологических расчетов рекомендуются для организации, использующих органические вещества в технологических процессах, которые содержатся в сточных водах. Очистка сточных вод текстильных производств физико – химическими и сорбционными методами с использованием отходов и минерального сырья РК улучшит экологическую обстановку на текстильных предприятиях и территориях прилегающих к ним.
Методика и методология исследования могут быть использованы в учебном процессе инженерных и экологических специальностей ВУЗов.
Оценка технико-экономической и экологической эффективности результатов и их сравнение с лучшими достижениями в данной области. За счет внедрения разработанных технологических решений по совершенствованию технологии очистки сточных вод и возможности их повторного использования на текстильных предприятиях повысится экологическая безопасность, улучшится показатель комплексности и экономической эффективности технологических процессов, которая подтверждается эколого-экономическими расчетами.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1 Бишимбаев В.К., Назарбекова С.П., Бекжигитова К.А.. Очистка сточных вод от сульфидов сульфатом железа (II) // Наука и Образование Южного Казахстана. Серия экология. - 2006. - №4 (53). - С.48-50.
2 НазарбековаС.П., Бекжигитова К.А.. Исследование адсорбции поверхностно-активных веществ коагулянтами // Матер. международной научно-практической конференции. – 2006. - С.175-177.
3 Назарбекова С.П., Бекжигитова К.А., Мирзаев А.А.. Изучение очистки сточных вод от органических веществ на сорбентах // Известия. - 2007.- №2.-С. 33-35.
4 Бишимбаев В.К., Назарбекова С.П., Бекжигитова К.А., Мирзаев А.А.. Использование флокулянтов при очистке сточных вод текстильной промышленности // Доклады национальной академии наук Республики Казахстан. - 2007. - №3. - С.78-80.
5 Назарбекова С.П., Бекжигитова К.А., Мирзаев А.А.. Математическое моделирование очистки сточных вод хлопчатобумажной промышленности // Вестник. - 2007. - №3. - С. 50-52.
6 Пивкина Т.В., Бекжигитова К.А., Мирзаев А.А.. Исследование очистки сточных вод текстильных производств от растворенных органических веществ на активных углях // Тр. 10-ой научной студенческой конференции по естественным, техническим, социально-гуманитарным и экономическим наукам, посвященной посланию президента народу Казахстана «Новый Казахстан в новом мире». Шымкент, 2007. – С. 53-55.
7 Nazarbekova S.P., Bekzhigitova K.A., Mirzayev A.A. Development of cotton-textile cluster and ecological situation in the southern region of Kazakhstan // Turkel fair org. (Turkel Fuarcilik Anonim Sirketi) Материалы международной научно-практической конференции. Алматы, 2008. – С. 31-33.
8 Ульева Г.А., Мирзаев А.А.. Бекжигитова К.А., Назарбекова С.П. Использование современных электронных микроскопов фирмы « JEOL» для изучения микроструктуры углеродсодержащих материалов // Труды Международной научно-практической конференции «Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке», 2009.- С.371-377.
9 Бекжигитова К.А., Назарбекова С.П., Мирзаев А.А. Исследование доочистки сточных вод от взвешенных веществ // Труды Международной научно-практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях», 2009. – С.62-64.
10 Бекжигитова К.А., Назарбекова С.П., Мирзаев А.А. и др. Исследование очистки сточных вод от растворенных органических веществ адсорбентами и реагентами на основе местного сырья // Сборник трудов Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука - производству», 2010. – С.164-166.