Файл: Проблемы охраны природных и использования сточных вод межведомственный сборник..pdf

Ю. Ф. БУДЕКА, Т. Л. БРУК-ЛЕВИНСОН, В. А. МОЙЧЕНКО

(ЦНИИ комплексного использования водных ресурсов)

В Л И Я Н И Е Т Е М П Е Р А Т У Р Ы И pH С Р Е Д Ы

Н А К И Н Е Т И К У У Д А Л Е Н И Я Г И П С А И З O B O P O TH O0 J,ZIbfL-B

Л Л Л A Л Л Л A Л Л Л Л Л Л A Л Л Л Л A / V W ‘^ У V ^ A Л Л Л Л Л /W ^ Л W \A Л /V W V V ^ /y ^ Л Л A Л Л Л A Л Л Л Л A Л A Л Л Л /

При обработке известью сульфатсодержащих стоков, например промывных вод травильных отделений, исполь­ зуемых в системах оборотного водоснабжения, в комму­ никациях и сооружениях образуются прочные трудноудаляемые гипсовые отложения. В производственных усло­ виях этот процесс до настоящего времени не регулируют, что существенно осложняет эксплуатацию станций ней­

трализации.

На интенсивность выделения гипса из обработанной воды заметное влияние оказывают многие факторы: тем­ пература и pH среды, состав стока, гидродинамика пото­ ка и т. д. За один цикл движения в оборотной системе температура воды изменяется от 10 до 40 °С, pH среды колеблется от сильно кислой до сильно щелочной, что не может не отразиться на скорости и полноте удаления гипса. Имеющиеся же сведения по кристаллизации гипса при различных температурах и pH относятся к узкому ин­ тервалу их изменения, малочисленны [1, 2] п не позво­ ляют получить полную картину процесса.

В настоящей статье изложены, результаты, системати­

сульфата кальция в нейтрализованной и доведенной дотребуемого значения pH воде находилось в заданных пределах (5300+150;’3400+100 и 2750+50 мг/л). Измё-

нение активной реакции сточной воды, предварительно

нейтрализованной до pH 9 п освобожденной фильтрова­ нием от хлопьев гидроокиси железа, производили до­ бавкой серной кислоты или известкового молока. Дове­ денные до заданного значения pH растворы в герметично закрытых колбах помещались в термостат. Температура в опытах составляла 20, 30, 50, 60 и 70 °С и поддержи­ валась с точностью ±0,25 °С. Величину активной реак­ ции среды определяли pH-метром типа pH-340, количест­ во сульфата кальция по содержанию в растворах: в ще­ лочной среде — сульфат-иона (весовым методом) и в кислой среде — кальция (трплонометрнчески). Кристал­ лизацию сульфата кальция лроводили в статических условиях. Так как в литературе имеются сведения о пло­ хой воспроизводимости результатов при pH 0, то при этом pH проведено по 4—8 параллельных опытов. На­ блюдаемые эффекты получали всегда одного знака при расхождении данных в параллельных опытах<5% . Для остальных режимов повторность составляла 2—4, раз­ брос данных 2—3%.

На рнс. 1 представлены кинетические кривые измене­ ния концентрации сульфата кальция при температурах 20, 50, 70 °С и различных pH. Видно, что с увеличением температуры почти для всех значений pH уменьшается индукционный период кристаллизации, скорость снятия пересыщения резко возрастает, причем при pH 12 и тем­ пературе 70 °С остаточное содержание сульфата кальция в воде ниже предела растворимости при 20 °С, т. е. на­ блюдается уменьшение его растворимости. Полученные результаты хорошо согласуются с общими положениями о кристаллизации малорастворимых солей при повышен­ ных температурах [3].

Своеобразно поведение системы при pH 0. В области умеренных температур (рис. 1, а) наблюдается интен­ сивная кристаллизация; с ростом температуры (рис. 1, б, в) выпадение гипса в осадок резко замедляется (что связано с увеличением его растворимости), система приобретает устойчивость.

В интервале значений pH от 2 до 12 кривые кристал­ лизации имеют четко выраженный индукционный период до температур 50 °С включительно. При температурах 60—70°С индукционный период экспериментально не обнаруживался, основная масса гипса (70—80%) выде­ лялась в течение 2 час.

180

О состоянии системы при различных температурах и pH можно судить по данным рис. 2, на котором пред­ ставлены зависимости остаточного содержания C aS04 в растворах после 6-часового отстаивания. Различный ход кривых объясняется, видимо, неодинаковыми энергети­ ческими затратами на кристаллизацию и меняющейся растворимостью гипса. Из полученных данных видно, что при 20—30°С условия для удаления гипса из воды не­ благоприятные во всем изученном диапазоне значений

Рис. 2. Влияние температуры на содержание сульфата кальция в рас­ творе (после 6 ч а с отстаивания): I — 2 0 °С; 2 — 30; 3 — 50; 4 — 60;

5 — 70 °С

pH. Для температур 60—70 °С остаточное содержание CaSO.| в воде при рН <4 колеблется от 2000 до 5000 мг/л, а в зоне pH от 4,5 до 10 оно практически нечувст­ вительно к реакции среды и находится на уровне 2000— 2300 мг/л, причем эта зона расширяется с ростом темпе­ ратуры. Отмеченное необходимо учитывать при разра­ ботке методов освобождения оборотной воды от гипса и при анализе работы системы оборотного водоснабжения в целом.

182

В настоящее время промывную воду травильных от­ делений в технологическом цикле очистки нейтрализуют до р Н ~ 9 . Поэтому отдельно были проведены опыты при pH 9 (рис. 3), из которых следует, что с точки зрения ускорения освобождения воды от гипса обработку ее

- целесообразно вести при повышенной температуре. Совместное рассмотрение результатов опытов, про­

веденных в одинаковых условиях и отличающихся толь- -

ко исходным содержанием сульфата кальция в воде (рис. 4, а, б), показывает, что устойчивость раствора к изменению температуры и pH в сильной степени зависит от начального содержания растворенной соли? При кон­ центрации CaSCU в воде 2750+50 мг/л стабильность в течение длительного времени не нарушается даже при 60 °С (рис. 4, а) во всем рассмотренном диапазоне значе­ ний pH. С увеличением начальной концентрации до 3400+100 мг/л (рис. 4, б) система при 60 °С становится более чувствительной к величине pH. Если в сильно кис­

183

лой среде (рис. 4, б, кривые 1, 2) в течение 6 час не наблюдается заметных изменений, то при pH 2 система

начинается без обнаруживаемого индукционного перио­ да и идет с большой скоростью. Интересно отметить, что при высокой исходной концентрации C aS 0 4 начавшаяся кристаллизация продолжается и по достижении малых концентраций и идет с заметной скоростью вплоть до остаточного содержания, соответствующего растворимо­ сти сульфата кальция в данных условиях.

Рис. 4. Кинетические кривые снятия пересыщения при температур

184