36

КУРСОВАЯ РАБОТА

Очистка сточных вод производств синтетических полимеров и пластических масс

Содержание

• Введение
• • 1. Состав и классификация пластических масс
  • • 2. Сточные воды производств суспензионных полистиролов и сополимеров стирола
    • 2.1 Условия образования сточных вод
    • 2.2 Очистка сточных вод производств полистирола марок ПСБ (ПСБ-С), ПСБ-Л и сополимера марки СНП-СП
    • 2.2.1 Термическое обезвреживание.
    • 2.2.2 Физико-химическая и биологическая очистка
    • 2.3 Очистка сточных вод производств сополимеров марок МС, МСН, ЛПТ и ПСБ-Н
    • 3. Сточные воды производства фенолоформальдегидных смол
    • 3.1 Условия образования сточных вод
    • 3.1.1 Очистка сточных вод методом вторичной конденсации фенола с формальдегидом
    • 3.1.2 Очистка сточных вод методом высокотемпературного парофазного термоокислительного обезвреживания
    • 3.1.3 Очистка сточных вод методом каталитического термоокислительного обезвреживания в парогазовой фазе
    • 3.1.4 Очистка сточных вод жидкофазным термокаталитическим окислением
    • 4. Сточные воды производства мочевиноформальдегидных смол
    • 5. Сточные воды производства эпоксидных смол
    • 6. Сточные воды производства поливинилацетатных полимеров
    • 7. Очистка сточных вод производства полисульфидных каучуков
    • Заключение
    • Литература
• Введение
• Большинство предприятий по производству синтетических полимеров и пластических масс образуют большое количество сточных вод, содержащие загрязнители различного происхождения. Они без глубокой очистки сбрасываются в реки, водоемы и тем самым загрязняют их, что приводит к ухудшению состояния окружающей среды. В настоящее время эта проблема стала настолько актуальной, что в перспективе необходимо полностью исключить образование сточных вод вплоть до полной их ликвидации на основе циклических процессов. Максимально экономное расходование воды позволит сократить объем сточных вод; полная их ликвидация и минимальное потребление свежей воды возможно лишь посредством создания бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу. Опыт проектирования таких производств показал, что помимо всех остальных преимуществ, это еще и экономичнее открытой схемы со сбросом и очисткой сточных вод.
• Применяемые методы очистки определяются объемами стоков, количеством, дисперсностью и составом примесей. Ввиду многочисленности примесей и их слоистого состава, как правило, методы очистки применяются комплексно.
• В данной работе приведены современные технологии очистки сточных вод производств синтетических полимеров и пластических масс.

1. Состав и классификация пластических масс

Пластическими массами называют полимерные материалы, полимерная фаза которых находится в период формирования изделия в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации в аморфном стеклообразном или кристаллическом состоянии. Таким образом, рабочим интервалом температур для пластических масс, в котором они используются как твердые конструкционные материалы, является Т_хр < Т_эксп < Т_c, где Т_хр - температура хрупкости, при которой полимер разрушается под нагрузкой, не переходя в высокоэластичное состояние.

В основу классификации пластических масс положены их состав, отношение к нагреванию и природа полимерной массы.

По составу пластические массы делятся на однофазные (гомогенные) и многофазные (гетерогенные, наполненные, композиционные). В гомогенных пластических массах полимер является основным компонентом, определяющим их свойства, основные компоненты растворены в полимерной фазе. В гетерогенных пластических массах полимер представляет дисперсионную среду (связующее), а введенные в него наполнители составляют самостоятельные фазы. По природе наполнителя пластические массы делятся на пластические массы с твердым наполнителем и газонаполненные. Первые могут быть дисперснонаполненными, в которых наполнитель равномерно распределен в пластической массе, и армированными, в которых наполнителем служат волокна, ткань, бумага. Газонаполненные пластические массы делятся на пенопласты, в которых пузырьки газа изолированы друг от друга пленкой полимера, и поропласты, которые пронизаны каналами, соединяющими газовую фазу.

По отношению к нагреванию пластические массы подразделяются на термопластичные или термопласты, полимерная фаза которых при горячем формовании изделия не отверждается и пластическая масса сохраняет способность переходить вновь в вязкотекучее состояние при повторном нагреве, и термореактивные или реактопласты, переработка которых в изделия сопровождается реакциями образования трехмерной структуры в полимерной фазе (отверждение полимера) и изделие необратимо теряет способность переходить в вязкотекучее состояние.

По природе полимера, составляющего полимерную фазу, пластические массы делятся на полимеризационные, к которым относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен и поликонденсационные, из которых наиболее распространены фенолоальдегидные или фенопласты и анилино-альдегидные или аминопласты, и модифицированные на основе целлюлозы (целлулоид, этролы).

Единой терминологии пластических масс не существует. Одни и те же материалы выпускаются в разных странах под разными названиями, например, полиэтилен (РФ), алкатен (Англия), хифлекс (США), ротен (Япония).

Состав конкретных пластических масс зависит от их назначения и требуемых свойств и может меняться в широких пределах: от почти чистого полимера (полиэтилен, полипропилен) до систем, содержащих и более процентов различных добавок. В общем случае в состав пластических масс входят следующие компоненты, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Полимеры (связующая, полимерная фаза), создающие основу материала.

Наполнители, обеспечивающие нужные механические свойства, прочность и повышающие экономичность производства.

Пластификаторы.

Стабилизаторы, повышающие стойкость к действию высоких температур, кислорода воздуха, фото- и радиационному воздействиям (антиоксиданты, антирады, светостабилизаторы) и уменьшающие способность пластических масс к старению.

Антипирены, понижающие горючесть пластических масс (инертные и химически активные, вступающие в реакцию с полимером).

Красители.

Отвердители, создающие трехмерную сшитую структуру полимера.

Порофоры (порообразователи, вспенивающие вещества), разлагающиеся при нагревании и вводимые в композиции для получения газонаполненных пластических масс.

Смазывающие вещества, предотвращающие прилипание материала к оборудованию в процессе переработки и изготовления изделия.

Основную массу производимых пластических масс составляют полиолефины, полистирол, поливинилхлорид, фенолформальдегидные и карбамидные полимеры. Они составляют около 85 % от всего производства пластических масс.

В РФ пластические массы производятся на специализированных предприятиях в Волгограде, Владимире, Екатеринбурге, Казани, Кемерово, Москве, Новосибирске, Орехово-Зуеве, Нижнем Тагиле, С.-Петербурге, Тюмени, Уфе [1].

Рассмотрим состав сточных вод полимерных производств, а также некоторые основные процессы их очистки.

2. Сточные воды производств суспензионных полистиролов и сополимеров стирола

2.1 Условия образования сточных вод

Полистирол и сополимеры стирола с другими мономерами получают методами полимеризации в блоке, а также эмульсионной и суспензионной полимеризацией. В процессе блочной полимеризации вода используется для охлаждения аппаратуры и химически загрязненных сточных вод не образуется. Поэтому рассмотрим процессы эмульсионной и суспензионной полимеризации и сополимеризации стирола.

При эмульсионной полимеризации в реактор заливается вода и эмульгатор (например, натриевые соли синтетических кислот С₁₀ - С₁₅), стирол и инициатор (водный раствор персульфата калия). После полимеризации от полученного латекса острым паром отгоняется непрореагировавший мономер и производится коагуляция латекса с помощью квасцов или других коагулянтов. Далее полученный полимер отделяется от маточного раствора и промывается водой. Водно-эмульсионная полимеризация может осуществляться и непрерывным методом.

Суспензионную полимеризацию стирола проводят периодическим методом. В реактор загружается вода, добавляется водный раствор стабилизатора и инициатор. Затем полученный полимер отделяется от водной фазы, промывается водой и направляется на сушку и упаковку.

В процессе производства полистирола и сополимеров вода используется на охлаждение аппаратов, приготовление растворов, в качестве маточного раствора, а также для промывки полимеров. В зависимости от способа промывки полимера на 1 т образуется от 3 до 8 м³ загрязненных сточных вод. Степень загрязненности зависит от метода полимеризации, характера применяемых мономеров, а также природы эмульгатора или стабилизатора [2, 3].

2.2 Очистка сточных вод производств полистирола марок ПСБ (ПСБ-С), ПСБ-Л и сополимера марки СНП-СП

В процессе производства этих полимеров в качестве стабилизатора суспензии используют поливиниловый спирт (ПВС) с содержанием 10--13% и 18--21% ацетатных групп, называемый сольваром. Образующиеся сточные воды представляют собой коллоидные системы молочно-белого цвета, устойчивость которых обусловлена присутствием в воде сольвара. Содержание сольвара в сточной воде зависит от количества образующихся сточных вод, которое, в свою очередь, определяется методом промывки полимера. При промывке полистирола марки ПСБ (ПСБ-С) на ленточных вакуум-фильтрах и в центрифугах образуется соответственно 8 и 3 м³ сточной воды на 1 т полимера. В процессе получения сополимера марки СНП-СП образуется 3,5 м³/т сточных вод. Характеристика сточных вод представлена в табл. l.

Таблица 1. Характеристика сточных вод производств полимеров марок ПСБ (ПСБ-С) и сополимера марки СНП-СП

Следует отметить, что установлена принципиальная возможность многократного использования в процессе полимеризации маточных растворов, содержащих сольвар.

Сточные воды производства полистирола марки ПСБ (ПСБ-С) очищают термическим методом, а также коагуляцией, а полимеров марок СНП-СП и ПСБ-Л -- методам коагуляции [2, 3].

2.2.1 Термическое обезвреживание

Термический метод применяют для обезвреживания маточных растворов и первых промывных вод производства полистирола марки ПСБ-С (ПСБ), количество которых составляет 5 - 6 м³ на 1 т полимера.

Обезвреживание проводят в вертикальной шахтной печи. Топливом служит коксовый газ. Сточные воды распыляются в печном пространстве с помощью форсунок. Температура в зоне сжигания составляет 1100 - 1200 C. Воздух, подаваемый в печь, нагревается в рекуператоре отходящими дымовыми газами. Дымовые газы вместе с парами воды выходят из печи с температурой порядка 700 - 800 °С и после рекуператоров поступают в дымовую трубу.

В дымовых газах не обнаружено присутствия вредных примесей. Стоимость сжигания 1 м³ сточной воды составляет в зависимости от стоимости топливного газа (коксового или природного) от 2,5 до 3,8 руб. [2, 3].

2.2.2 Физико-химическая и биологическая очистка

Для очистки сточных вод производств полимеров марок ПСБ (ПСБ-С) (образующихся при промывке полимера на ленточных вакуум-фильтрах) и СНП-СП разработана схема, включающая коагуляцию коллоидных примесей золем гидроксида магния в щелочной среде, отделение образующегося осадка и последующую биологическую доочистку сточных вод.

Сточная вода после усреднения (рис. 1) проходит смеситель, в который подается коагулянт -- хлорид магния, и поступает в камеру хлопьеобразования, куда вводится раствор едкого натра. При этом вода подщелачивается до рН = 11,0. Далее вода со скоагулировавшимися частицами проходит смеситель, в который подается раствор флокулянта - полиакриламида, и поступает в осветлитель. Осветление воды производится в центробежных сепараторах или в осветлителях со взвешенным слоем осадка. Осветленная вода нейтрализуется серной кислотой и направляется на биологические очистные сооружения. Полученный осадок обезвоживается на центрифуге и затем направляется на использование или сбрасывается в отвалы.

Оптимальная доза хлорида магния составляет: для сточной воды полимера марки ПСБ-С (ПСБ) - 175 мг/л и марки СНП-СП - 1100 мг/л. Количество образующегося осадка - 10 - 12% (об.), влажность - до 58%. В результате сгущения осадка на отстойной центрифуге содержание твердых веществ в осадке повышается от 20 - 25 до 100 - 120 г/мл. концентрация взвешенных частиц в фугате не превышает 150 мг/л.

Эффективность очистки сточных вод производств полистиролов марок ПСБ (ПСБ-С) составляет, %: по ХПК 65 - 70, по оптической плотности 97,5 - 98, по сольвару 70 - 75. Опыт эксплуатации промышленной установки по очистке этих сточных вод производительностью 1000 м³/сутки подтвердил высокую эффективность данного метода. Стоимость очистки 1 м³ сточной воды - от 0,8 до 1,0 руб. Следует отметить, что БПК_п сточных вод полистирола марки ПСБ-С (ПСБ) после доочистки биологическим методом составляет 10 - 15 мг/л.

Для очистки сильно загрязненных сточных вод предложено использовать реакции взаимодействия ПВС с растворимыми в воде карбоксилсодержащими полимерами и их солями, в результате которых образуются нерастворимые в воде продукты. При этом происходит коагуляция коллоидных частиц полимеров. Применены следующие водорастворимые Na-соли: сополимеры метилметакрилата с метакриловой кислотой (ММК); полиметакриловой кислоты; сополимера стирола с малеиновым ангидридом (стиромаль).

В сточную воду вводят требуемое количество полимерного коагулянта (в виде 5 - 10% водного раствора), добавляют кислоту до рН = 2,5 - 3, смесь подогревают до заданной температуры и после добавления полиакриламида фильтруют. Повышение температуры приводит к возрастанию эффективности очистки.

Эффективность очистки составляет, %: по ХПК 86 - 97; по оптической плотности 99 - 99,7; по сольвару 50 - 55 и по акрилонитрилу 97 - 98.

Для полистирола марки ПСБ-Л оптимальными параметрами очистки являются: рН = 3, 60 °C и соотношение (по массе) ММК : сольвар, равное 1,25. Эффект очистки воды при этих параметрах составил, %: по ХПК 86 - 91, по оптической плотности 98 - 99 и по сольвару 76 - 82.

Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод с применением полимерных коагулянтов практически не отличается от схемы, представленной на рис. 1. Схема дополнительно включает теплообменник для нагревания сточных вод.

Стоимость очистки 1 м³ сточной воды производств полимеров данным методом составляет 1 - 1,5 руб. в зависимости от дозы применяемого полимерного коагулянта.

С целью снижения затрат на очистку сточных вод производств полимеров, получаемых с использованием стабилизатора суспензии - ПВС или сольвара, вместо коагулянта - Na-соли ММК предложено использовать сточную воду производства сополимеров марок МСН и МС, содержащую ММК. Эффективная очистка сточных вод производства полистирола марки ПСБ-С (ПСБ) достигается при соотношении сточных вод производств полимеров ПСБ-С (ПСБ) и МСН (МС), равном 4 : 1.

Для интенсификации процесса осветления сточных вод применен метод напорной флотации. Эффективность очистки сточных вод производства полистирола марки ПСБ-С исследовали на промышленной напорной флотационной установке производительностью 12,5 м³/ч. Для коагуляции коллоидного раствора применяли хлорид магния в количестве 0,18 г/л и полиакриламид - 15 мг/л. Основные параметры работы установки:

Эффективность очистки сточной воды по взвешенным веществам составила 94,5 - 98,5%, по ХПК - 80,4 - 83,6%. Следует отметить при этом, что количество образующейся пены составило около 5% (от объема воды), шлама влажностью 97 - 98% после разрушения 1 м³ пены - 100 - 120 л [3, 4].

2.3 Очистка сточных вод производств сополимеров марок МС, МСН, ЛПТ и ПСБ-Н

Сточные воды производств сополимеров марок МС, МСН, ЛПТ и ПСБ-Н загрязнены органическими веществами, находящимися в коллоидном и молекулярно-дисперсном состоянии. Устойчивость коллоидной системы обусловлена наличием в воде стабилизатора суспензии - Na-соли ММК.

При разработке метода очистки сточных вод использовано свойство Na-соли ММК переходить при подкисленип в нерастворимый в воде сополимер (Н-форму). Выведение из системы стабилизатора суспензии приводит к коагуляции коллоидного раствора.

Оптимальными параметрами процесса очистки являются: для локальных сточных вод и смеси сточных вод производства сополимеров марок МС, МСН и ЛПТ доза серной кислоты - 1 г/л, полиакриламида - 20 мг/л и температура - 95 °С; для сточной воды производства сополимера марки ПСБ-Н доза серной кислоты - 3 г/л, полиакриламида - 20 мг/л, температура - 80 °С.

Сточную воду осветляли методом вакуум-фильтрации. Получены следующие результаты: удельное сопротивление осадка - 2,3 ^. 10¹³ м^-2, пористость - примерно 0,97, удельная поверхность твердых частиц - 7,9 ^. 10⁷ м²/м³, количество обезвоженного осадка - от 1,0 до 1,2 % от объема стока, влажность - 75%.

Принципиальная схема установки очистки сточных вод включает следующие стадии: 1) усреднение; 2) обработку серной кислотой и полиакриламидом; 3) нагревание сточной воды и последующее осветление на вакуум-фильтре. Очищенная вода после нейтрализации едким натром и охлаждения направляется для доочистки на биологические очистные сооружения. ХПК биологически очищенной сточной воды составляет 70 - 100 мг/л, БПК_п - 10 - 15 мг/л [3, 4].

3. Сточные воды производства фенолоформальдегидных смол

3.1 Условия образования сточных вод

Фенолоформальдегидные смолы новолачного и резольного типа получают непрерывным или периодическим методом. Сырьем служат формальдегид и фенол, причем последний употребляется также и в смеси с другими производными фенола или анилином. В качестве катализаторов используют соляную кислоту, едкий натр, гидроксиды бария и аммония.

Технологический процесс получения твердых новолачной и резольной смол включает следующие стадии: подготовка, загрузка и конденсация сырья, сушка смолы, слив, охлаждение и измельчение смолы.

Для конденсации применяют 40% водные растворы формальдегида (формалин), содержащие небольшие количества метилового спирта.

Источниками образования сточных вод являются: реакционная вода, вода, вводимая в процесс с формальдегидом, едким натром, аммиачной водой или другими катализаторами, вода со стадии отделения надсмольной воды от смолы и сушки смолы (конденсаты), а также от мойки аппаратуры и полов. Кроме того, образуется значительное количество (50 - 100 м³/т) сточных вод, не требующих специальной очистки (от охлаждения аппаратуры). В среднем на 1 т новолачной смолы получается 600 кг надсмольных вод, а на 1 т резольной смолы - до 900 кг.

Следует отметить, что в случае промывки смолы водой количество сточных вод значительно увеличивается. Общее количество загрязненных сточных под на 1 т смолы составляет 1,5 - 2,0 м³.

Сточные воды производства феиолоформальдегидных смол содержат, г/л:

Для очистки этих сточных вод применяют регенеративные и деструктивные методы.

3.1.1 Очистка сточных вод методом вторичной конденсации фенола с формальдегидом

Фенол и формальдегид, содержащиеся в надсмольной воде, конденсируют в щелочной среде с получением разолыюй смолы, которая является товарным продуктом. Очистку сточных вод проводит на установках периодического и непрерывного действия. Установка периодического действия включает реактор, оборудованный рубашкой для подачи пара или охлаждающей воды, оборотным холодильником, мерниками и отстойниками. Непрерывно действующая установка включает каскад из четырех последова-тельно расположенных реакторов.

Очистку сточных вод рекомендуется проводить следующим образом. К сточной воде добавляется кальцинированная сода и реакционная смесь нагревается до кипения (90 - 95°С в зависимости от марки смолы). Через 15 - 20 мин добавляется 40% раствор едкого натра до рН = 9 11 и смесь выдерживается при температуре кипения в течение 60 - 120 мин до выделения смолы при нейтрализации пробы смеси серной кислотой. По окончании конденсации реакционная смесь охлаждается до 25 - 35 °С и нейтрализуется 20%-ной серной кислотой. Продолжительность выделения смолы при слабокислой реакции среды составляет 16 - 24 ч. После этого отделяют отстоявшуюся воду и сливают готовую смолу.

Очищенная вода содержит, мг/л: фенола - до 100 - 150, формальдегида - до 1000 и метилового спирта - 1500 мг/л (при содержании метилового спирта в исходной воде 2000 мг/л).

По другой схеме сточные воды производства фенолоформальдегидных смол очищают в две стадии: I - вторичная конденсация фенола с избыточным количеством формальдегида в щелочной среде; II - ректификация с целью удаления метилового спирта.

Очистка сточных вод производится конденсацией фенола с формальдегидом в кислой среде с получением также резольной смолы. Приведенные схемы очистки сточных вод производства фенолоформальдегидных смол применимы для других марок смол, изготовленных с использованием крезолов, ксиленолов, п-трет-бутилфенола, дифенилолпропана и других фенолов.

Недостатком метода очистки сточных вод конденсацией при атмосферном давлении является большая продолжительность процесса и соответственно значительный расход тепла, а также высокое остаточное содержание фенола в воде.

Достоинствами метода очистки сточных вод вторичной конденсацией являются: простота аппаратурного оформления, возможность повторного использования очищенной воды и применения полученной смолы в различных отраслях народного хозяйства (в качестве литейного крепителя, при производстве древесностружечных плит, минераловатных изделий).

При условии полной реализации полученной из сточных вод резольной смолы стоимость обезвреживания 1 м³ сточных вод составляет 4 - 6 руб.

Для очистки надсмольных вод производства фенолоформальдегидных смол предложено применять адсорбцию древесными опилками с последующей их обработкой формальдегидом, фенолом, соляной кислотой и конденсацией смеси с получением продуктов, пригодных для изготовления пресс-композиций [2, 3].

3.1.2 Очистка сточных вод методом высокотемпературного парофазного термоокислительного обезвреживания

Надсмольные воды производства фенолоформальдегидных смол обезвреживают в шахтной печи производительностью 10 м³/сутки. Дымовые газы и продукты сжигания органических примесей сточных вод направляются в рекуператор. После рекуператора температура отходящих газов составляет порядка 400°С. Воздух в рекуператоре нагревается до 200 - 320 °С. Рабочая температура в печи - 1000 - 1100 °С. Следует отметить, что при температуре к печи ниже 800 - 900 °С содержание токсичных примесей (фенола, формальдегида) в отходящих дымовых газах превышает предельно допустимые нормы. Расход газа зависит от содержания органических примесей в сточной воде и составляет в среднем 100 - 120 м³/ч. Стоимость обезвреживания 1 м³ сточных вод - 10 - 12 руб.

В циклонной печи обезвреживают сточные воды, имеющие XПК = 235 270 г/л и содержащие, % (масс.): фенола - 3,3 - 3,8, формальдегида - 1,2 - 2,6, метилового спирта - 6. Для полного надежного обезвреживания фенола требуется температура 930 - 950°С. Капитальные затраты на строительство цеха огневого обезвреживания составляют около 6 руб. на 1 м³ сточных вод (годовой производительности), а плановая себестоимость обезвреживания 1 м³ - примерно 10 руб. [2, 3]

3.1.3 Очистка сточных вод методом каталитического термоокислительного обезвреживания в парогазовой фазе

Образующиеся при отгонке воды от смолы загрязненные пары направляют на установку парофазного каталитического окисления. Паровоздушную смесь, нагретую до 250 - 300 °С, пропускают через катализатор ГИПХ-105, что позволяет значительно снизить температуру окисления. Очищенные пары конденсируются. С увеличением температуры и времени контакта наблюдается возрастание степени очистки воды.

При оптимальных параметрах процесса обезвреживания

Время контакта, с лся в основной технологический процесс. С целью повышения скорости отстаивания дисперсии тиокола в сток предлагалось вводить 0,25 - 0,5 г/л карбоната или бикарбоната натрия. Вторая стадия очистки предусматривала обработку серной кислотой осветленной части стоков при комнатной температуре, в результате чего происходило разложение сернистых соединений переменной валентности с образованием элементарной серы, политионатов и отходящих газов (Н₂S и SО₂).

Другой способ очистки сточных вод заключается в использовании в качестве антиагломератора 4 %-ного раствора глины в сочетании с Аl₂(SО₄)₃, FеСl₃ и СаСl₂ с целью облегчения отделения осадка. Стоки очищались только от олигомеров тиокола.

Авторы статьи [6] исследовали возможность использования железосодержащих коагулянтов для очистки щелочных стоков производства полисульфидных каучуков.

В качестве коагулянтов использовали соединения железа (Ш) - FеСl₃ * 6Н₂О, Fе₂(SО₄)₃ * 9Н₂О -- и железоаммонийные квасцы - NН₄Fе(SО₄)₂ * 12Н₂О. Очистке подвергался промышленный сток следующего состава, г/л: 6,57 сульфатов; 4,114 сульфидов; 0,148 взвешенных веществ; 29,81 сухого и прокаленного остатка. Он имел темно-вишневый цвет, цветность 19 %; оптическую плотность 0,71; рН = 11,56; ХПК = 24,88 гО/л.

Типовой эксперимент, проведенный авторами статью, заключался в следующем. К 200 мл исследуемого стока в мерных цилиндрах добавляли 30 %-ные растворы коагулянтов в дозировке 1; 3; 5; 10; 15; 20; 25 и 30 г/л в расчете на сухое вещество. При введении растворов коагулянтов в содержимое цилиндров наблюдалось мгновенное образование мелкодисперсной взвеси черного цвета во всем объеме жидкости, которая не осаждалась в течение долгого времени.

Черная окраска обусловлена образованием сульфида железа. Последний образуется в результате нескольких последовательных реакций: ступенчатого гидролиза соединений железа (Ш) до Fе(ОН)₃ и его взаимодействия с сульфидами, содержащимися в стоке:

36

2Fе(ОН)₃ + 3S^2- 2FеS + S + 6ОН^-

Одновременно с образованием мелкодисперсной фазы зафиксировано выпадение на дно сосудов крупнодисперсного осадка, объем которого изменялся с течением времени. Первоначально, в течение 10 - 30 мин в зависимости от концентрации коагулянтов, происходило увеличение объема данного осадка, а затем за счет постепенного уплотнения наблюдалось его уменьшение (рис. 2). Наибольший объем осадка образовывался при добавлении в сточную воду железосодержащих коагулянтов: 0,061 моль/л FеСl₃ и 0,025 моль/л Fе₂(SО₄)₃ (табл. 3 и 4).

Аналогичная картина наблюдается при использовании в качестве коагулянта NН₄Fе(SО₄)₂.

Максимальное количество и объем образовавшегося осадка соответствует концентрации квасцов 0,056 моль/л (табл. 5).

Сравнительный анализ кривых на рис. 2, а также данных, приведенных в табл. 3 - 5, показывает, что максимальному объему осадка в цилиндре соответствует и наибольшая его масса после фильтрации.

Таблица 3. Зависимость осаждения крупнодисперсного осадка от концентрации раствора FeCl₃

Таблица 4. Зависимость осаждения крупнодисперсного осадка от концентрации раствора Fe₂(SO₄)₃

Таблица 5. Зависимость осаждения крупнодисперсного осадка от концентрации раствора NH₄Fe(SO₄)₂

После 20 ч содержимое цилиндров подвергалось фильтрации: осадок высушивался до постоянной массы и взвешивался.

Анализ кривых на рис. 3 выявил некоторые закономерности: с увеличением дозы коагулянтов рН и содержание сульфидов уменышаются, причем наименьшее количество S^2- достигается при использовании FeСl₃. Кривая зависимости ХПК от концентрации коагулянта во всех случаях имеет П-образный вид. При этом минимальное значение ХПК приходится на концентрацию 10--15 г/л.

Наименьшее значение ХПК, равное 5,111 гО/л, соответствует концентрации FеСl₃ * 6Н₂О 0,061 моль/л (10 г/л). При этой же дозировке хлорида железа выделяется и наибольшее количество осадка (20,72 г/л).

Характер изменения количества сухого и прокаленного остатка и осадка от коагулянтов сложен. Но можно отметить, что минимальное количество сухого и прокаленного остатка наблюдается при максимальном количестве выделенного осадка, что закономерно.

При использовании железосодержащих коагулянтов после образования и фильтрации основной массы осадка наблюдается постоянное выпадение

небольшого количества осадка в течение длительного времени (табл. 6). Данное обстоятельство создает определенные неудобства и ограничения для применения соединений железа (Ш) при очистке щелочных сточных вод производства тиоколов.

Таблица 6. Кинетика выпадения осадка с течением времени

Наибольшая эффективность очистки щелочных сточных вод производ, ства полисульфидных каучуков достигается при использовании FеCl₃ и Fe₂(SO₄)₃ в дозировке 10 г/л. Железоаммонийные квасцы также можно применять в качестве коагулянта, но сдерживающими факторами являются большая дозировка и высокая стоимость [6].

Заключение

В курсовой работе представлены методы очистки сточных вод производств полимерных материалов, в частности, производств полистиролов и сополимеров стирола, фенолформальдегидных смол, мочевиноформальдегидных смол, эпоксидных смол, поливинилацетатных полимеров, полисульфидных каучуков.

Детально рассмотрены условия образования сточных вод указанных производств и различные методы очистки, а именно: термическое обезвреживание, физико-химическая и биологическая очистка, очистка методом высокотемпературного парофазного, каталитического парофазного и жидкофазного термоокислительного обезвреживания.

Некоторые из представленных методов очистки являются безотходными, как, например очистка сточных вод производств ПСБ (ПСБ-С), ПСБ-Л и сополимера марки СНП-СП. Здесь образующиеся сточные воды представляют собой коллоидные системы молочно-белого цвета, устойчивость которых обусловлена присутствием в воде сольвара. Следует отметить, что установлена принципиальная возможность многократного использования в процессе полимеризации маточных растворов, содержащих сольвар. Для обезвреживания маточных растворов применяют термический метод.

Литература

Соколов Р.С. Химическая технология. М.: ВЛАДОС, 2000. - Т. 2, с. 386 - 388.

Родионов Л.И. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989, 511 с.

Проскуряков В.П., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л., «Химия», 1977, 463 с.

Очистка производственных сточных вод: Учебное пособие для студентов вузов/Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М., Воронов Ю. В. М.: Стройиздат, 1979. 320 с.

Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокуллиты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. - П.: Химия, 1987. - 208 с.

Степанова С.В., Шайхиев И.Г., Смородинов А.Д., Арсеньев С.А., Фридланд С.В. Очистка сточных вод производства полисульфидных каучуков/ «ЭКиП», № 5, 2003, с. 42-44.

Мухленов И.П. Общая химическая технологи. М.: Высшая школа. 1977, 207 с.

Жуков А.К., Мапайт И.А., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - Справочное пособие. М., Стройиздат, 1977, 208 с.