автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация процессов электрохимической очистки воды от фторид-ионов в присутствии различных ингредиентов

ргБ ОД

УКРАИНСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

ДРАХО ИВАН ВИКТОРОВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДН ОТ ФТОРИД-ИОНОВ В ПРИСУТСТВИИ

различшю'ингредиентов

Специальность 05.23.04 - Водоснзбяение, канализация, строительные системы охраны водних ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ровно 1994

Диссертацией является рукопись., Работа выполнена в Институте прикладной физики Академии наук Республики Молдова.

Научный руководитель

- кандидат химических наук, старший научный сотрудник Р.В.ДРОНДИНй

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, старший научный сотрудник И.Г.РОДА

- кандидат технических наук, профессор

П.П.СТРОШ

Ведущее предприятие - Белорусский технологический

Запита состоится ".¿У" декабря 1994 г. в/^-00 на . заседании специализированного Совета К 17.01.01. Украинского института инненеров водного хозяйства пи адресу: Украина 266000 г.Ровно ул,Соборная, 11. С диссертацией кокно ознакомиться в библиотеке УИИВХ. Автореферат разослан "¿¿"ноября 1934 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

университет ин.С.Н.Кирова, Министерство Образования Республики Беяеруеь, Минск.'

к.т.н.. доцент

Г[

В.К.СИВАК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. 3 современных условиях,, при возрастающем спросе на воду и одновременном сокращении ее запасов, необходимость рационального использования зодкых ресурсов, защити их от истощения и загрязнения является актуальной задачей.

Существенное повышение доли подземных вод в общем балансе водопотребления является одним из- перспективных направлений развития водопользования.

Однако прирост водопотребления иэ подземных источников домен произойти за счет использования некондиционны^подзенных вод. содегвдих повышенные количества, например, фтора, сероводорода, углекислотнах соединений, органических включений и др.

Утилизация и обезвреживание сточных вод предприятий машиностроения, электронной промышленности и др., содержащих ионы фтора и тяжелых металлов (ТМ), является таквс одним из основных направлений охраны окружающей среды и рационального использования водных ресурсов.

Компоненты кидких отходов этого типа предприятий является сильными ядами способннни,угнетать яизнедеятельность никрооргани-змов в естественных водоемах и сооружениях биологической очистки коммунальных сточных вод.

Сувествуящие технологические решения позволяют удалять Г и другие токсичные конпоненты, однако, для этого требуштся повн-пенные затраты сорбентов, солесодеряание очинённой води превышает допустимые нормы для питьевых под, а также норны, разреваакие отвод сточных вод в канализационнук сеть.

Яри этой исследования и разработанные технологии кэсаштсз главянк образом, удаления только ?". однако реальные природные и сточные воды содержат кроле фтора другие, иногда токсичные, ингредиенты. которые с одной сторона оказывают влияние на процесс

обесфторивания и, в свое очередь, с другой - требуют регулирования их концентрации в очиааемой воде.

Поэтом^ исследование закономерностей удаления фтора из вод при одновременной присутствии других ингредиентов является ваякой исследовательской и практической задачей.

Диссертационная работа выполнена согласно плану НИР лаборатории злектрофлотации веществ Института прикладной физики fiH РН "Разработка экологически рациональных технологий очистки растворов с различным химическим составом методами электрокоагуляции и злектрофлотации" (N гос.per. 02.91.0043760).

Целью работы является исследование закономерностей удаления F" из природных и сточных вод в присутствии различных ингредиентов (НСО3 . H2S, Cri4", Zn2+ и органических компонентов природных боя) и разработка комбинированных технологий с использованием электрохимических и физико-химических иетодов.

Научная новизна работы определяется следующим основными результатами: • '

- установлено определявшее влияние НСОз-ионов на процесс электрохимического обесфторивания природных вод, связанное с сорбцией HCOj-ионов на ftl(0H)3, замедлением образования твердой фазы сорбента в более кислой среде и снигенкеа исходной концентрации tiCGi -ионов перед процессов электрокоагуляции;

- в широком диапазоне изиенениа солевого состава водв к концентраций F" выявлены закономерности коагуляции и осаядеваа системы CaFj- СаСОН)г- Fe(0H)3.B мелочных средах; установлено* чта SGif-ионы или их композиция с СГ-ионами в соотнояении 1:1 улучгавт . коагуляционкне свойства взвешенных веяеств системы:

- изучены основные электрохимические процессы, протекаюаие на fll-акоде в неличных средах l рН 9...12), что позволило выявить инте-рэая pR (10-10.5). в котором происходит эффективная активация по-

верхности электродов, а также минимальны затраты электрогенермро-ванного сорбента при сохранении солевого баланса очищенной воды;

- показана эффективность использования процесса массообмена как самостоятельной стадии при электрохимической очистке промыиленннх сточных вод, содержавих ионы ©тора в аиииакатные комплексы цинка:

- созданы новые конструкции массосбиенннх аппаратов для абсорбции-десорбции в процессах очистки воды. '

Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученные в настоящей работе результата позволили разработать несколько технологических схем по удаления фтора и других токсичных ингредиентов из природных вод для снабаения питьевой водой автономных объектов, по локальной очистке проиыиленных сточных вод и технологических растворов предприятий электронной проныаленности и иавиностроения с возшлностьв дальнейиего использования очиаенной воды для технических нумд предприятия.

Разработанные технологические схемы по удаления Р" а присутствии различных токсичных ингредиентов внедрены на заводе "Позитрон" ПО "Родон" (г.Ивано-Франковск), рекомендации по разработке технологических схем переданы Белорусскому научно-исследовательскому и проектно-кокструкторскому институту горной н химической пронывленности "БелГОРХИМПРОН" (г.Минск) для использования при разработке проектов систем водоснабжения из подземных источников и очистки пронналённых сточных вод (реконструкция и расвирензэ систем хоз.-питьевого водоснабвения г.Солигорска: объекты очистки стоков промлредприятий Солигорского промрайона).

Экономический эффект от внедрения разработанных технологий очистки (в ценах 1985 г. для условий Молдавии):

- природных вод от фтора и сероводорода составит 8.77 и 10.02 тяс.руб в год соответственно:

- проныменкнх технологических растворов от фтора и

хрома С1Л) - 12,13 и при возврате очищенной воды в производство дм технических вдвд - 17,69 тыс.рублей в год.

- гальваностоков, содерэавдх аиниакатние комплексы цинка, а текве-иоян отора и аиииакатные ноынлексы цинка, соответственно, 12,83 и 11,82 ткс.руб/год. '

йпробациа работа. Основные результаты работы были долокены и обсуяденн на: семинарах лаборатории злектрофлотации веществ НПФ АН РМ ( 1986-1994 гг.); НИ Всесоюзной конференции по электрохимии, г.Черновцы,, 1988; Всесоюзной конференции "Коагулянты и флокулянты в очистке природных-и сточных вод" в г.Одесса, 1988:111 Национальном Конгрессе по химии г.Бухарест, Румыния, 1988; XI Международном конгрессе по химической инненерии, проектировании химического оборудования и автоматике, СНШ-ЭЗ, гЛрага, Чехия, 1993: ХиШ Когрессе Академий наук Румынии и СПб. Кишинев, йолдова, 1993.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 15 работ, в той числе 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав,

выводов, библиографии из. 163 наименований, прилоаений. Обшиб б . '

объем работы составляет 225 страниц, в тон числе 37 рисунков и 65 таблиц, '

ОСНОВНОЕ.СОДЁРШИЕ РАБОТЫ В первой, гл.а ве- гшшнен краткий системный анализ существующих методов и технологических реа&ний очистки природных и сточных вод ог Фтора, сероводорода, ионов тяаелых металлов. Сделан вывод о перспективности метода электрокоагуляции при комбинировании его с физико-химическими методами очистки водных систем, содерваних ионы фтора, тязелнх." металлов, сероводород.

Проведенный анализ позволил сформулировать и обосновать пели и задачи исследований.

Во второй глазе описаны «одели аппаратов и установок.

я-'тодикя апикезения эксперимента при определенна основных технологических и электрических яар-з^етоов процессе» электрохимической и сизико-хиаической очистки вод от фтора и других токсичных ингредиентов.

Описанн экспериментальные учтоды исследований : атомно-эбсор-бциашшй. электреоскотический, потенциос'татический. Фотоколорк-мегрчческнЛ, а такте математический метод оптимального планирования эксперимента, выполнении:'* на ЗВй. Показано, что кокплетс-ннн использование» этих методов обеспечена достоверность полученных в диссертационной работе результатов и обоснованность . основных полозений, научных выводов и рекомендаций.

Б третьей главе приведен;! экспериментальное исследования процесса очистки подземннх вод от отора в присутствии ЙСО}-, Н5~-иояов и органических нонлоненто$ природных вол.

В работе было исследовано поведение HCOj-иойоз при электролизе с использованием растворимых (алэииниевих и Еелеэиых) электродов. Было установлено, что при' электрохимическом обесфторивгивя Гй,щпкарбокатнах водных срзд срй 8,3-Я.8) яри скияении содержания F" с Г,5....3,7 до 1,0.. Л,5 мг/л, удаляется из вода. 2.0 мг-гкэ/л ;lii)l- hohos (д НПО; ) и более: од»<? часть (15-1?Х) переходит в С0£ вследствие подкислениг плиаподного слоя, и аесорбируетсз: другая часть (83-83?) - р результате сербиян на fil(QH)3. Г учельзянизы или' увеличение:1: исходной ноннектрзиии НСОз ионов ; ноде, соответственно. несколько уменьшаете? или увеличивается величина д ИСОа , что связано с кснцектрагциошшкя явлениями.

Ло^учслнно сс-кочечерности Онли исподьзоплкн .ддч исследования элочтпелнническог" ' :'ег: т^рндзчнм природн:;:- г;:дракдрб:::;2■ ;:::х зпд в. вярокох диапазоне нсходшгх значений рН (3,0. ..5,8). что достигалось дробнк» еп.-д-'Кисн ккслотн : :-л часть - до процесса элептроксагуляцни: 2-я - после. При зтсм оСчяй объен квсдста

tJ(A

«Я

ft

5 г

ы *

tS

Р. 25

S 20

«О

Ю

оставался постоянным, тогда как соотношение 1-й и 2-й частей варьировалось от 0 к 100% и о! 100 к 0Х.

Установлено, что по мере снижения рН процесса злектрокоагу-ляции, величина. рН после,процесса ыоноюнко снецается в щелочную область (рис.1), что влечет, соответственно, увеличение удельных затрат сорбента и общего солесодернания очищенной водя.' Получен-лученные закономерности объясняются комплексом факторов, реализуемых при электролизе гидрокарбонатных водных сред с использованием растворимых электродов: во 1-х, в более кислой среде наблада-ется задернка образования твердой фазы сорбента; в 2-х, при сни-*

нении рН часть НСОз переходит в С0£ , который не сорбируется на Й1(0Н)3 и при увеличении рН раствора в результате электролиза опять переходит в НС05 . увеличивая щелочность воды; в 3-х, в более кислой среде уиенькается исходная концентрация HCOj-ианов, следствием чего является снине-ние количества сорбируемых на ftl(OH),, ЙС05.

По сравнении с известными способами, предлоаенная схема электрохимического обесфторивания позволяет снизить удельные затрата сорбента до 35% и солесодервание очищенной води до 257..

Наряду с F" и HCOj подземные води данного типа могут содер-аать гидросульфид-ипны в концентрациях до 15...20 иг/л и органические везества 2.0 иг-экв/л и более.

Для глубокой очистки воды от сероводорода рекомендуется. пре-

А

1 1

I ■ Г ' f ' I ■ 1

llil

Q ¿0 60 %,

Рис.1 Зависимости рН сорбции Г (1). удельных затрат сорбента (2) к ■концентрации Г' после очистки (3) от объема кислоты, вводимой перед-электрокоагуляцией

имущественно, реагентные метода, ^частности, с использованием ионов яелеза (.П и Ш).На основании сравнительных исследований было установлено оптимальное соотношение Fe3*"': = 1:3 и более С Fe31" для окисления Н5"-иоиоа до FeS и S" и fll(QH) в качестве • сорбента). Исследования показали, что в качестве окислителя лучзе использовать FeClj . обладающий яучвини коагуляциошшми свойствами в гидрокарбонатных водных средах, a fll(0H)5 получать электрохимическим способом.

При совместном присутствии F" и сероводорода в природной воде количество fll(0H)3 (по fil") диктуется исходной концентрацией F" , и при-этом оптимальная величина рй сорбции алюмофторидных комплексов 5,4...5,6.

Исследования показали, что взвесь Й1(0Н)3. с сорбированными FeS и S° обладает агрегативной устойчивостью, что связано с присутствием в воде органических веществ, имеацих, как правило, отрицательный заряд. Найдено, что ионы 2-х валентных металлов (в частности Са2* ) или флокулянты катионного типа из группы четвертичных аммониевых солей на основе полистирола (в частности ВПК—1 од). при добавлении их к воде позволяют устранять отрицательное влияние органических веществ. .Методой электрооскоса было определено значение дзета-потенциала А1С ОН >3 электрогенерированного в серо-водородсодерзааих подземных водах. Выполненные исследования позволили определить изменение дзета-потенциала в зависимости от дозы Саг* или ВПК—101 и найти их оптимальное значение, при которых исследуемая система находится в изозлектрическом состоянии (§= 0)'.

Как видно из рис.2, оптимальные дозы С а'* и ВПК-101 составляют, соответственно., 30 и 15 иг/л, для случая удаления сероводорода и 10...15 и ?...10 мг/л, соответственно, для случая удаления-фтора и сероводорода из подземных вод.

Следовательно при этих условиях.с наибольшей интенсивность*].

го ю «с во «о КШЦЕНТРАЦШ РЕАГЕНТА, ИГ/л

О (О 20 м *> 5й КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАГЁНТ*,МГ/Л

Ркс.2 Дзета-потенциал гидроксида алюминия, электрогенерированного в сероводород-, фторсодергащих подземных водах при различных концентрациях Са*Ф и ВПК—101; а). рН ?,?:. 6).рН 6.5.

будут протекать процессы коагуляции, сорбции и последувмего отделения удаляемых взвесей из очищаемой воды.

Математическим методом планирования зксперинента получены экспериментально-статистические модели процесса электрофлотационного отделения ШОЙ)3 , электрогенерированного в фтер-, сероводород-, гидрокарбонатсодервавдх природных водах для случаев удаления НБ'и Р" (1-й вариант) и 115'(2-й вариант). По результатам экспериментов составлены уравнения регрессии в виде полинома 2-й степени в кодированных и физических переменных:

1-й вариант: (Рр.'= 3.84; 4,71); У = 24.33 - 49.39Х,,- 20Хг -20.88Х3- в^-Х^- 3,52ХЛ-Х3+ 3,31Х2-Х3+ 7.64Х, + 5.55Хг+ 4.83Х| ; 3 = П7.65 - 9.31-1 — 7.ОбДф. - 2,879Ь - 0,253-Ь-Дф. - 3,52-1"Ь +

■ 6,66-дф.-ь + о.зое-лг+о.нз-дф^ + 1.21-ьг.

2-й вариант:(Гр.- 1?,15; Ет.= 19,3): У = 1,12- 4.83Х!- 2.44Хг -2.04Хэ - 3.03Х7Ха - 5.3Х,-Хг + 0.323Хг-Х3 + 2.6Хд+ 0.897X1+ 2,7?х^ : 3 = 14.38 - 8.844 - 1.46ДФ. - 5,43611 - 0,09-Ь-Дф. - 5,34-11 +

о.гз-до.- ь + 1.044г + 0,018-дф? + 6,93-ьа.

В ч е т в е р т о й главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса очистки проявленных техноло-

гических растворов (характерных для предприятий электронной промышленности) и гальваностоков (предприятия назиностроенил). со-дерааадх ионы фтора и 7И (Сг5+и аакйакатнне конплексн цинка).

- Особенностью технологических растворов предприятий электронной промышленности является высокое содзваанае Р~~ 40 иг/л к более, наличие ионов 7Й, в частности С г6* до 50 иг/л, а такве низкое обиее солесодергание.

Исследовалась 2-х стадийная схема очистки: на 1-й стадии с использованием ионов Саг*"(СаО) и на 2-й - й13*(ЯН0Н)з ). Были изучены закономерности удаления Р "в вирокоа диапазоне исходных концентраций Р~ (17... 163 иг/л), "соотновений С а" : 2^7:1. В качестве коагулянта-осадителя исследовались различные нздезосо-содер-гаииэ реагенты, а такке Флокулянтн различных типов для ускорения процесса осаждения. Найдено., что лучиими- коагуляционнымй свойствами обладает РеБО^ дозой около 2 иг-зкв/л по Ре1*-при различных соотноиекиах Саг>: Р~, а в качестве •флокулянта - децилсуль-фат натрия при. оптимальной концентрации 1 иг/л или уксусная кислота (0,1...0.2 нг/л). присутствие которой характерно для технологических растворов предприятий электронной промыаленности. При этом остаточное содергание ^составляет 8...10 кг/л. При болъких начальных концентраций Р~ (более 50 мг/л) эффективна?, очистка достигается узе при соотношении Р": Саг<= 1:2 (рис.3).

Значительное влияние на эффективность осакденкя системы ."СаРг-Са(0й)г-Ре(<Ш3" оказывает тип противоионов. Установлено, что сульфата и их композиция с хлоридами- при соотношении

ССГ = 1:1 оказнвавт в щелочных средах (рН>11) более сьльног коагулирувщее действие, чем С1 .

Установлено оптимальное' время, з течении которого происходят азк-сиаалькое осавдение взвеси - 15 кинут.

Изучение закономерностей обесфториваниа на 2-й стадии с

Рис.3.Остаточная концентрация при различных соотношениях Са:Р (а), исходных концентрация;; (6) и дозах Реа> : а).Са:Р :1-2:1, 2-3:1, 3-5:1, 4-7:1: б).1-17. мг/л. 2-19. 3-40. 4-50,3, 5-163,2.

использование« заключалось в выяснении эффективности использования (ШОН)з , полученного, химическим и электрохимически« путями. Найдено, что в случае злектрргеиерированного Й1(0Н)3 удельные затраты сорбента и остаточное солесодервание ччииенной воды,

соответственно,'Ср-: СА1м= .1:5.4.. .6,6 и суииа СГ- и БО^--ионов, * - • .

виравенная в долях ПДК. 0,74...0,60, тогда как для химически'полученного йК0Н>4 1:?.5.. .8,5 и 0,94. ..1.2 соответственно. Позто-иу дальнейшие исследования касались изучения процессе!? обесфтори-вания с использованием.злектрогенерированного (Ш(Ш)Ь .

Характерной особенностъв изучает.растворов является слабая электропроводность = 0.3...0,4 * Ю^Он"' сн'1 ), что приводит к необходимости применения в исследовании потен-циостатов, снабвенних.автоматический коапенсат'ором омического падения налрянения.-Нами исследованы изменения скоростей анодных реакций во времени. С этой целью сняты -кривые сплава Д-16 в растворах, полученных после осакдения ионов Фтора конаки кальция.

Растрор имел следувкве характеристики: концентрация фтора 8..Л0 ьг/д,-значение рй 11.45...12.0. Опыта проводились прк

плотностях тока 0,5...2.О П/кв.дн (используемых при злектроко-агуляционной очистке вод). По ^-1-кривнм фиксировалась величина сдвига потенциала анода в полозительнув или отрицательно область относительно, потенциала нач.

Исследования показали (рис.4), что при рН 10,5 и низе, когда концентрация Н+и С1~ возрастает, процесс тормонения анодных реакций замедляется, что объясняется более интенсивным проникновением С Г к поверхности анода и вытеснением Ог.Все зто препятствует образованию окисной пленки на поверхности анода'.

Было установлено, что выход алюминия по току (ВТ) в интерва-

го го «о 5о 1,« ш

Рис.4, V-^-кривые сплава Д— 16 в зависимости от начальной величины рН при 1=1 й/кв.дм.: 1- рН-11.45; 2-11,05; 3-11,45 (добавка КаС1); 4-10,5; 5-10.0; 6-9,5; 7-9,05.

ле рН 3...11 меняется незначительно (95...100%) и растет при увеличении плотности тока от 0,5 до 2.0 й/кв.дн. Однако, применение болыаих плотностей тока ограничено..вследствие увеличения крупности Флокул 1Ш0Н)3 , иневцих неныгую сорбциокную активность, Установлено, что при электрохимической растворении А1-анода з иелочних средах С рН 9... 11,5) максимальное сниаение рН (ДрН = 1,5...1.8 ед.рН) наблюдается в интервале рН 10....10,5, что требует впоследствии меньшего количества кислоты для корректировки рН (до 6.5...6,6) и проведения эффективной сорбции .

Проведен« исследования изучения закономерностей процесса удаления ааниакатных комплексов цинка (ЙКЦ) (исходная концентрация Хп21", до 40 мг/л). •.■-;■

Теоретически обоснована возможность изменения величины рН воды в результате абсорбции С0г воздуха. Абсорбция С0г ведет к смещению углекислотного равновесия воды и при этом происходят хеиосорбционине процессы, следствием чего является образование НС0ь -конов по реакции: С0г + С0|" + Нг0 —> 2НС0~ . (5)

Обратная реакция-внраваетса: НСО3 + Н*~> С0г + Нг0 . (6)

Однако значение констант скоростей реакций (5) и (6) не равны менду собой п., > к_, , поэтому процесс мояно рассматривать как необратимый, который приводит к увеличению мелочности воды, а следовательно, к увеличению рН.

В связи с этим.была поставлена задача исследовать процесс абсорбции С02 (или карбонизации) водой для выяснения оптимального типа контактного устройства и его массообменних характеристик. Исследовались: ситчатая перекрестная тарелка (СПТ), барботаяно-прякоточное контактное устройство с одним центробежным сепараци-оиннм элементом СБПК91) и - с лестью БГТКУ2, дисперсионно-пленочное контактное устройство (Д1ЖУ) и вихревое контактное устройство с треня лопастными завихрителяни (ВКУ),

л -

■ Виполненнне-исследования-показали, что при использовании, любых контактных устройств происходит повивение.щелочности воды на О,34...1,0? ед.рН. Лучшие массообыенные характеристики - козффи-^ циент ¿ассопередачи (Ку.) и эффективность ступени по Нерфри (ЕМ1. Г показали конструкции с максимальной задержкой жидкости на ступени контакта - СПТ, БПКУ, ДПКУ (при калих скоростях газа), при этом ЕМ1, у них (кроме ДЯКЗ) составляет. 0,68.. .0,86. Недостаток ДПКУ - повышенное гидравлическое сопротивление.

В результате карбонизации происходит позивенке рН воды и раэ-'рушение акмиакатного комплекса цннка [2п(КН3)^'] с выделением 1Ш3. Процесс десорбции аммиака,из воды осуществляется одновременно с абсорбцией С02 в одном нассообиенном аппарате.

Изучен процесс соосаадения система "ZnCQ3- Zn(0H)a" на элект-

рогенерированнон гидроксиде, аелеэа СП и III). Установлено, что

эффективность соосаадения удаляемой, системы зависит от концентра-

г*

ции сорбента (при концентрации Zn до 40 мг/л оптимальное соотно-иение Feat: Znz1= 2:1 ). В случае раздельного получения FeCОНи последующего его введения в очищаемую воду для удаления осадка "ZnC03 - Zn(0H)2" интервал времени между моментами получения и контакта Fe(QH)a с водой не долаен превышать I минуту.

Изучены закономерности удаления ионов фтора и амииакатннх комплексов цинка при их одновременном присутствии.

В зависимости от плотности тока (i), при которой получен Й1(0Н)3 , и соотноаения аидкой (L) и газовой (G) фаз в массооб-менном аппарате найдены зависимости изменения сорбционной емкости йН0Н)3 по отношению к индикатору метиленовому голубому для сит-чатой тарелки и центробеяного элемента. Получено, что с ростом L/G до 4 возрастает сорбционная емкость fll(ОН)3; при L/6>4 наблюдается уменьиение этого показателя для всех исследованных типов контактных устройств. Максимальное увеличение сорбции наблпдается для ситчатой тарелки при получении ЙК0Н)э при i=0.31 fi/кв.дм.

Полученные закономерности были проверены при удалении ионов F" и Znz+B процессе обработки исследуемой водн в массообненном аппарате с различными типами контактный устройств: ОПТ. БПКУ1, ДПКУ при различных L/S и скорости газа^ <Иг"'.';м/с).' Полученные экспериментальные данные (рис.5) показывают, что как в случае йетиленового голубого, так и в случае сорбции F" и Zif* ба-рёотай приводит к диспергировании агрегатов А1(0Н)3. что. в свов очередь увеличивает сорбционуп емкость' Й1(0Н)3. Наибольная эффективность наблюдается при использовании массоябменного апарата с СПТ при L/G=3r4. Содермание F~ и Zn" в очииенной воде для всех случаев не более 1,5 к-. 1.0 мг/л соответственно.

Рис. 5. Эффективность удаления С а) и 1х\ (б) для различных типов контактных устройств в зависимости от Ь/6 и Нг.(м/с): 1 - СПТ с Иг.=1.5): 2 - БПК91 (1.5); 3.4 - ДПК9 (5 и 6).

В п а т о й г л а в е представлены разработанные на основе проведенных исследований технологические схемы очистки подземных гкдрокарбонатных вод от ионов Г и Н5"; промышленных технологических растворов от Е" и Сг64": гальваностоков от аыниакатных кокплек-с08 цинка и ионов. Фтора; представлены новые конструкции кассооб-изнных аппаратов (а.с.1551331 и а.с.1627211) (рис.6), произведены

расчеты основных узлов технологических схем и разработаны рекомендации по применении технологий для очистки указанных типов вод. Разработанные технологии обла-

I1 * II

¿^р I у

I

Рис.6 Аппарат"для проведения процесса вассообнена в системе газ (пар)-нидкость (по й.с.1551391 ).

дают следующими преимуществами: обеспечивается глубокая очистка вод от'фторид-. гидросулыгид-ио-нов до остаточной концентрации 1.0 и 0.05 кг/л соответственно; ионов хрома Ш). цинка (II) до 0.01 и 1.0 мг/л. Соорунения, входящие в состав технологических схен, компактны, характеризувт-сй налой трудоемкостью обслуживания и возмовностьи автоматизации.

2.

3.

4.

-1а рис.7 представлена реконендуеиые технологические схекы

-8

¿и . № г^^'г

Рис.7.Технологические схемы удаления: 1).Г, Н5~. Р'и Н5~ из подземных вод; 2).г" и Ср*51" лз технологических растворов; 3).Ш1 из гальваностоков: 4)и ЯКЦ из гальваностоков. 1-реактор-смеси-тель: 2-электрокоагулятор; 3-полочный отстойник; 5-массообиенный аппарат: 6-электрофлотатор; 7-фильтр; 8-дозаторы реагентов.

Ч

В з е с т о й глав е дана технико-зкономическаз оценка разработанных технологических схем. Показано, что при использовании разработанных з диссертационной работе технологий экономический эффект от внедрения составляет: природных вой от фтора и сероводорода - 8,77 и 10,02 тыс.руб/год соответственно: промна-ленных технологических растворов от фтора и хрома (У1)-12.13 и при возврате очищенной воды в производство для технических нувд - 17,63 тыс.руб./год; гальваностоков, содержащих анниакатные комплексы цинка, а такае ионы фтора и. аымиакатные комплексы

I

цинка, соответственно. 12.83 и 11.82 тыс.руб/год (расчеты произведены в ценах 1985 года для условий Молдавии).

ЗйКЛВЧЕНИЕ

1. Ка основании литературных данных, касающихся удаления И" из различных типов водных систем, установлено, что процесс.обес-фторивания зависит от рН, ионного состава воды ? начальной кон-

центрации Фтор-конов, при этом наиболее эффективна и технологичным методом очистки является электролитическая коагуляция.

Однако сани исследования и их практическая реализация касаются в основном удаления только , тогда как реальные водные системы могут содераать, кроне фтора, другие сопутствуваие компоненты СНСО3 . Н^. Сгй+. гп1" и другие), оназываюцие существенное влияние на процесс очистки.

2. Установлено определяющее влияние НСОя-ионов на процесс электрохикического обесфторквания природных гидрокарбокатсодереа-Щ1Х вод, связанное с сорбцией НСОз на Й1(0Н)3. замедлением образования твердой фазы сорбента в более кислой среде и снижение!; исходной концентрации НСОз перед процессом злектрокоагуляции.

Показано, что при обесфторввании природных вод с исходно;'«, концентрацией Отора 7.,.3 нг/л в результате злектрокоагуляции. в случае дробного введения кислоты, удаляется из воды (сорбция ;:а 81(0Н)3 я десорбции в Фопые С0а) 2 кг-экв/л НСОз-.чоноб, след-гт?!!'??' чего ягляется свивекие затрат злекгрогенеривованкого сорбент;; (до 35%) при сохранении баланса по вводивши иовак.

З.В йкроксй диапазоне изменения солевого состава воде и вон-"1.т ргцдй Р" полученв.закококериост» коагуляции !•■ осзедоние сйс-

СаР2-Г,з{(Ш>г-РеС01!)3 в шелочнах средах (рН 5-12). Установ-лгчх. чго 50Г-нонк или кх композиция с С1-иснак'к в саогнои^нн:! 1:1 улучиапт коагуляцнукны.е свойства взвезенных везестз системы.

Г. Изучение фнзико-хииических закономерностей злвктрохики-процессов, протекающих на Я1-аноде в пелочнак средах и?' и,.Л2), позволила выявить интервал рй (10,0. ..10,5). в которая достигаится основные условий элективного удаления р

- воьс^кность электродов находится в гктиенок состоянии;

- затраты электрогенерированного сорбента минимальны при сохранении солевого баланса очищенной зодв.

5.Показана эффективность использования процесса нассообме-на как самостоятельной стадии при электрохимической очистке промышленных сточных вод. содерващнх ионы фтора и амниакатнае комплексы цинка. Созданы новые конструкции иассообыенннх аппаратов для абсорбции-десорбции з процессах очистки воды (а.с.1551391 и а.с.1627211).

8.По результатам исследований разработано 5 технологических схем удаления F" в присутствии различных токсичных ингредиентов из природных и промышленных сточных вод.

?.Разработанные технологические схемы по удалении F"в присутствии различных токсичных ингредиентов внедрены на заводе "Позитрон" ПО "Родон" С г.Ивано-Франковск), рекомендации по разработке технологических exea переданы Белорусскому научно-исследовательскому и проектно-конструкторскому институту горной и хинической промышленности "БелГОРХШПРОМ" (г.Минск) для использования при разработке проектов систем водоснабгения из подземных источников и очистки проявленных сточных зод (реконструкция и расширение систем хоз.-питьевого водоснабжения г.Солигорска: объекты очистки стоков проипредприятий Солигорского промрайона).

8.Прлученнне экспериментальные данные могут быть использованы для дальнейшего изучения процесса комплексообразования Фтора в щелочных средах (при рН > 9.Q)¿-4To позволит прогнозировать возмоаные пути интенсификации процесса удаления F" в внрокон диапазоне рН из вод различнного солевого состава.

Основное содераание работы отразено в следувиих публикациях:

1.Драко Н.В..Дрондина Р.В..Матвеевич В.А.Очистка артезианских вод от сероводорода и фтора электрохимическими методами // Электронная обработка материалов. 1390. Нг.1, с.50-53.

2„Драко И.В., Дрондина Р.В.. Матвеенич В.ft. Электрохимический способ обесфторивания подз'емных вод // Электронная обработка материалов. 1990. Нг.6. с.79-82.

3. Драко й.В.. Дрондина Р.В.. Матвеевич В.Й. Разработка технологии очистки Фтор-хромсодер«а«ик технологических растворов

с использованием метода электрокоагуляции // Электронная обработка материалов. -1993.- Nr.3.~ с.43-49.

4.Drondlna R.U., Drako I.U.- Eiectrocheolcal technology of fluorine reioval froa undereround and waste waters. // Journal of Hazardous Materials. 1994. Hr.37, p.91-100.

5. Драко И.В.. Дрондина P.В. Интенсификация технологии очистки гальваностоков, содерначих ионы цинка и хрома // Электронная обработка материалов. 1994. Кг.5. с. (в печати).

6. Драко И,В.< Дрондина Р.В. Изучение закономерностей удаления ионов фтора и цинка из тальваностоков с использованием гидроксида алюминия // там же. 1994. Nr.6. с. (в печати).

7.Дрондина Р.В..Романов ft.»..Матвеевич В.А,..Драко И.В. Разработка технологии очистки гальваностоков с применением электрохимических методов//0тчет НИР. Nr.Гос.per.02.910025380, 1991. 56 с.

8.fl.с.1551391 (СССР) МКИ В 01 D 3/26. Аппарат для проведения процесса массообмена в системе газ(пар)-нидкость / Рабко ft.Е.. Марков В.Й;. Смрбу В.К.. Драко И.В. и др. Опубликовано в Б.И.-1990 - Nr.il.

9.А.с.1627211 (СССР) МКИ В 01 D 19/00 Аппарат для очистки

воды / Вкиопу Э.В:,Сырбу В.К.,Драко И.В.Опубл.в B.M.-1991-Nr,6.

• « ■ ,

10.Драко, Й.В..Дрондина Р.В. Метод электрохимического обесфторивания подземных вод.// Кишинев, 1987.-24с.-Рукопись представлена реадакцией иурнала "Электронная обработка материалов".

Деп. в ВИНИТИ 03.08.87, Nr.6439-B 87.

И.Дрондина P.B. .Матвеевич В.А..Драко И.В.,Сырбу В.К. Комплексная очистка подзакных вод от токсичных примесей электрохимическими методами.// э кн.: Технология электрохимических производств. Электролиты и мембранная электрохимия : Тез.докл. Uli Всес. конф. по электрохимии, т.III.(10-14 октября 1988). Черновцы, 1983 - с.143.

12.Дрондина Р.В..Матвеевич В.А..Драко И.В..Сырбу В.К. Очистка подземных вод от токсичных примесей с применением метода электрохимической коагуляции.// в кн.: Коагулянта и флокулянтн в очистке природных и сточных вод : Тез.докл.Всесоозной конференции (12-14 октября 1988), Одесса. 1988 - с.2?.

13.Дрондина Р.В..Матвеевич В.Й..Драко М.В. Комплексная очистка подземных вод от фтора и сероводорода электрохимическими методами.// III Нац.химический конгресс. Тез.докладов (сентябрь 1988). Г.Бухарест. Румыния, 1988.-с.142.

И.Дрондина Р.В..Драко Н.В.Технология извлечения Фтора из подземных и сточных вод электрохимическими методами// Тез.докл.XI Незд.Конгресса по хивической иняенерии, проектировании яштеско-го оборудования и автоматике. CHISfi-93,т.ИЗ.-Прага.1993-с.80.

15.Дрондина Р.В.. Драко И.В.. Матвеевич В.Й. Очистка природных и сточных ард от сероводорода и фтора электрохимическими методами // Тез • докл.ХОШ Конгресса Академий наук Румынии и СМ. Киаинев. 1993. - с.12?. 'v

Лрако ЬВ. 1НТЕНСКФ1КЙЦ1Я ПР0ЦЕС1Б ЕЛЕКТР0ХШЧНО1

0Ч1СТКЙ ВОДИ В1Д ФТОРИД-ЮН!В В ПРИСУТНОСП -Р I 3 Н И X I Н Г Р Е Д I Е Н Т I в

Дисертац1я на здобуття вченого ступени кандидата техн!-чних наук по спецГальност! 05.23.04 - Водопостачання» каналг-зац1в, будИвельн! систени охорони водних ресурс1в. УкраГнский 1нститдт 1нкенер1в водного государства. Р1вне, 1994.

Захищаеться 10 наукових роб!т. в тону числ! 2 авгсрських св!доцтва. Наведен! результат« електрох!й1чно1 1 ф!зико-х1мзчко5 очистки п!дземких та «роиислових ст!члих вод взд 1он1в Фтору, икнку, хрому, 61карбонат-1он!в, а такой с!рко- -воднй. •

Встановлено значний вплнв' б!карбонат-1он1в на процес електрохШчного знефторування природних вод; в оирокомд д!а-пазон! зы1ни солевого склади води та концентрацП фтора отри-ман! законон1рност! коагуяяцП 1 осаду системи СаРг -Са(0й')г -Ре(ОН53 в лунних середовивах; показана ефективн1сть використа-кня процес!в касообн1ну, як сакост!йно! стадП при електрох!-к1чк£й очистц! промислових ст!чних вод» в аких присутн! 1они Фтору 3 ан1ачн! конплекси цинку.

Проведен! проиислов1 випробування 1 впроваднена разробка 5-и технолог!й з еконои!чниы ефектом в!д 8.?? до 17.63 тис. руб/р!к (в ц1нах 1985 року для умов йолдови).

Кяючов!- слова:* абсорбц!я С0г , г!дроксид алвмШвэ, насообьин, сорбц!я, фтор, електрокоагулшд1я»

Drako I.U. INTEHSIFICflTlOtt OF'PROCESSES

ELECTROCHEMICAL PURIFICATION OF HATER FROH FLUORINE—IONS IN THE PRESENCE OF DIFFEREHT INGREDIENTS

The thesis of the academic degree of candidate in engineering sciences, speciality of 05.23.04.- uater supply, canalization, building systeas of water resourses protection, Ukrainian University of water economy engineers. Rovno. 1994.

15 scientific uorks. including 2 certificates of invention are defended. There are soae results of reaoval of fluorine, zinc, chroaiuu, hydrocarbonate-ions, as well as sulphuretted hydrogen -from ground and industrial waste waters by the means of electrochemical and physico-chenleal aethods.

There have been determined that hydrocarbonate-ions Influence on the process of electrocheaical defluorination of ground water: discovered some regularities of the coagulation and precipitation process of the systens of CaF2 - Ca(0H)2 - Fe(0H)3 in alkaline rcedluns within wide range of changing the salt contents and fluorine concentration in water; shown efficiency of using the sass transfer process as an independent stage; In the eiectro-rtieaical process of purification of the industrial waste raters, containing fluorine and asmoniac complexes of zinc-.

There have been realized tests and Introduction of the 5 elaborated technologies. The economical effects are 8,7?...17,68 thousand Rub. a year within 1985'year prices for Moldavia.

Kye words: electrocoagulation, alusiniua hydroxide,, fluorine, sorption, absorption, nass transfer process.

Шдписане д» друку -/О.Х/.с/'/

Фермат 60x84 1Д6 Обсяг /.О др-арк. .

Замовлення 3/^ Тираж -уЩ прим!рн. Р1вие.ШЗГ, Себврна, II"