А. М. Газалиев ректор, академик нан рк, д



жүктеу 5.01 Kb.

бет7/23
Дата22.04.2017
өлшемі5.01 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   23
часть 
образцов  была  испытана  по 
стандартной  методике  пробного  коагулирования  воды 
с  механическим  перемешиванием  на  установке 
«Капля», 
а 
часть 
(в 
основном 
образцы 
гидроксохлорида  алюминия)  на  пилотной  установке 
фильтрационно-технологического  анализа. 
Образец  предварительно  полученного  твердого 
сульфата  алюминия  имел  химический  состав,  %:  17,6 
AI O , 
Н SO  
отсутствует, 
Fe O  
– 
следы, 
нерастворимый  остаток  –  0,3  и отвечал требованиям к 
«Алюминий сульфат технический  очищенный». 
Образец  гидроксосульфата  алюминия  (ГОСА) 
имел  следующий  химический  состав,  %:  16,85  AI O , 
0,30  SiO   ,  нерастворимый  остаток  –  0,35,  0,12  Fe O . 
В  настоящее  время  на  ГОСА  нет  соответствующих 
документов.  Однако  сравнение  полученных  образцов 
с  известными  данными указывает на их преимущество 
по  содержанию  оксида  алюминия  и  количеству 
нерастворимого остатка  [2]. 
Образец  гидроксохлорида  алюминия  (ГОХА) 
средней  основности  содержал,  %:  11,9  AI O ,  10,5  CI
-

0,36  SiO ,  0,005  Fe O ,  0,2  нерастворимого  остатка  и 
соответствовал  техническим  условиям  на  «Алюминий 
хлористый  основной». 
Исходный  для  коагулирования  раствор  готовили 
путем  смешивания  городской  воды  и  торфяной 
вытяжки  до  определенного  значения  оптимальной 
плотности.  Коагулянт  вводился  в  виде  0,1%  водного 
раствора 
(по 
AI O ). 
Степень  коагулирования 
оценивалась 
по 
снижению 
цветности 
воды, 
коэффициенту  осветления  (КОС)  и  уменьшению  рН 
исходной  воды.   
Исходная  вода  имела  цветность  104  град.,  КОС 
0,424  нор.см
-
,  температуру  15°С  и  рН  –  7,6  и 
обрабатывалась  одинаковыми  по основному веществу 
(AI O ) дозами коагулянтов. 
Было  определено,  что  изменение  цветности  воды 
происходит  практически  одинаково  для  различных 
типов  коагулянтов,  то  есть  эффект  коагулирующего 
действия  для них  практически равен. 
Полученные  данные  по  скорости  осветления  и 
дозировки  коагулянта  показали,  что  наибольшая 
скорость  осветления  наблюдается  в  первые  10  минут, 
а  дальнейшее  время  обработки  не  оказывает 
существенного  влияния  на  скорость  осветления.  При 
одной  и  той  же  дозе  коагулянта  наиболее 
эффективными 
являются 
гидроксохлорид 
и 
гидроксосульфат  алюминия.  
В  процессе  коагуляционной  очистки  понижается 
рН  исходной  воды.  Из  полученных  данных  видно,  что 
наиболее  сильно  снижают  исходную щелочность воды 
сульфат  алюминия,  и  в  гораздо  меньшей  степени 
основные соли – ГОСА и ГОХА. 
Другим  методом  исследования  коагулирующей 
эффективности  полученных  образцов  коагулянта  был 
фильтрационно-технологический  анализ,  основанный 
на  прохождении  очищаемой  воды  через  зернистую 
загрузку  фильтра.  Этот  анализ  был  проведен  в 
Институте 
общей 
неорганической 
химии 
им. 
Курнакова в городе Москве. 
Методика  исследований  была  следующей:  на 
первом  и  втором  этапах  изучалась  коагулирующая 
способность  применительно  к  холодной  московской 
воде  в  сравнении  с  эталоном  сульфата  алюминия,  на 
третьем  этапе  раствор  коагулянта  вводился  в 
неочищаемую  воду  и  подавлен  под  напором  в 
нижнюю 
часть 
установки 
фильтрационно-
технологического 
анализа. 
По 
этой 
методике 
исследовались  образцы  гидроксохлорида  алюминия 
как наиболее неизученного в свойствах  коагулянта. 
Установка 
фильтрационно-технологического 
анализа  представляет  собой  вертикальный  фильтр, 
выполненный  в  виде  короба  с  размерами  0,2
*
*

метра  с  прозрачной  передней  стенкой,  фильтр 
заполнен  крупнозернистой  песчаной  загрузкой  с 
определенными 
размерами 
частиц. 
В 
ходе 
коагуляционной 
очистки 
образующаяся 
взвесь, 
состоящая  из  гидроксида  алюминия  и  твердых 
загрязнений  в  исходной  воде,  налипает  на  песчаную 
загрузку. 
Важными 
показателями 
в 
данном 
технологическом 
процессе 
являются 
продолжительность  непрерывной  работы  фильтра  (t), 
скорость  проникновения  частиц  загрязнения  через 
фильтр  (а/в),  степень  насыщения  пор  фильтра 
частицами  грязи  (А)  [3].  Результаты  испытаний  ГОХА 
в  процессе  очистки  воды  по  одноступенчатой  схеме 
приведены в таблице  1. 
Из  представленных  данных  видно,  что  при  дозе  9 
мг/л  по  оксиду  алюминия  качество  фильтрата  при 
обработке  воды  стандартным  раствором  сульфата 
алюминия  и  ГОХА  практически  одинаковое,  но  рН 
фильтрата  у  ГОХА  выше  –  6,65  против  6,2 у сульфата 
алюминия,  соответственно  по  щелочности:  у  ГОХА  – 
0,36,  у сульфата алюминия – 0,16  мг·экв/л. 
Полученные  данные  по  эффективности  ГОХА  по 
двухступенчатой  схеме  очистки  показали,  что  эффект 
осветления  у  эталонного  образца  47,1  и  ГОХА  – 
40,6%,  то  есть  практически  ГОХА  не  уступают  ему. 
Последние  два  показателя,  щелочность  и  рН  воды,  у 
ГОХА выше, чем у эталонного сульфата алюминия. 
Результаты  испытаний  на  фильтрационно-техно-
логической  установке  являются  успешными.  Они 
показали,  что  ГОХА  имеет  высокие  показатели  по 
своей  эффективности  и  может  применяться  при 
коагуляционной  очистке  воды  в  различных  схемах 
очистки воды. 
Параллельно  с  исследованием  эффективности 
очистки  были  проведены  испытания  коагулянта  – 
сульфата 
алюминия, 
в 
условиях 
химических 
лабораторий 
Производственного 
объединения 
«Водоканал»  городов  Караганды  и  Экибастуза.  На 
предприятиях  водоочистки  используется  в  качестве 
коагулянта 
только 
сульфат 
алюминия  (другие 
коагулянты  в  Казахстане  вообще  не  производятся), 
поэтому  для  испытаний  на  эффективность  в  условиях 
химических  лабораторий  ПО  «Водоканал»  были  взяты 
образцы  сульфата  алюминия,  химический  состав 
которого приведен  в таблице  2. 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
По  данным  пробного  коагулирования  сделаны 
следующие  выводы  (заключение  хим.  лаборатории 
ПО  «Водоканал»): 
Приемлемы  и  дают  отличный  эффект  отстаивания 
растворы № 1 и № 3. 
Кислый  раствор  №2  с  содержанием  свободной 
серной  кислоты  2,86%  не  пригоден  по  следующим 
причинам: 
 не  идет  процесс  гидролиза  и  осветления 
раствора,  происходит  только  замутнение  воды  без 
хлопьеобразования; 
 раствор  опасен  при  работе  с  ним  персо нала  по 
ТБ, могут быть ожоги; 
 агрессивен  и  приведет  к  преждевременному 
разрушению 
запорной 
арматуры 
и 
бетонных 
сооружений. 
Раствор  №  1  дает  очень  хороший  эффект 
хлопьеобразования  и  осветления  воды,  однако  при 
разбавлении  до  рабочих  дозирующих  концентраций  6 
%  сульфат  алюминия  выпадает  осадок  (вероятно 
гидроксида  алюминия),  при  этом  процент  содержания 
его  активной  части  снижается  с  7,35  до  5,5  %. 
Выпадение  осадка  нежелательно,  так  как  будет 
происходить 
захламление 
разводящих  падающих 
трубопроводов,  баков.  Основной  недостаток  его,  что 
при  подготовке  рабочих  растворов  будет  затруднено 
дозирование  коагулянта  из-за  его  неустойчивой 
концентрации. 
Наиболее  приемлемым  является  раствор  3. 
Раствор 
сернокислого 
алюминия 
образца 

удовлетворяет  требованиям  очистки  питьевой  воды на 
водоочистных 
сооружениях. 
Таким 
образом, 
полученные 
образцы 
коагулянтов 
из 
отходов 
угледобычи 
и 
обогащения 
экибастузских 
и 
борлинских  углей  могут  применяться  для  очистки 
питьевых  и  сточных  вод  и  являются  эффективными, 
что  подтверждается  фильтрационно-технологическим 
анализом  и  результатами  испытаний  в  условиях 
химической  лаборатории ПО  «Водоканал». 
 
Таблица 1 – Сравнительные  данные по коагулирующим свойствам эталонного образца с образцами ГОХА 
№ 
п/п 
Наименование   
коагулянта 
Доза 
коагулянта 
AI O  
Качество фильтра 
КОС  
см
-
 
Мутность 
мг/дм  
Цветность 
град. 
Щелочность 
мг·экв/л 
рН 
Ост. AI O
мг/л 
 
Сульфат алюминия 
 
 
 
 
 
 
 
 
ГОХА 
 
 
 
 
 
 
 
 
ГОХА 
 
 
 
 
 
 
 
 
ГОХА 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблица 2 – Химический состав испытанного сульфата алюминия 
№  
п/п 
рН 
Плотность  
г/см
 
Содержание, % 
AI O  
Fe O 
Н SO  
M n 
As 
 
 
 
 
 
отс. 
 
отс. 
 
 
 
 
 
 
 
отс. 
 
 
 
 
 
отс. 
 
отс. 
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
 
  Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего  сырья кислотными способами.  М .: Наука, 1982. 208 с. 
  Нуркеев С.С.,  М алыбаева Г.О., Романов Л.Г. О кинетике растворения различных форм и соединений оксида алюминия в 
соляной кислоте // КИМС. Алма-Ата, 1981. №10. С.  -
 
  Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделение суспензии М .: Химия, 1980. 400 с.  
 
УДК 
 
 
Исследование возможности использования 
отходов добычи и обогащения углей  
для водоочистки 
 
Р.К. СОТЧЕНКО, к.т.н., доцент КГМУ, 
Л.М. БАЛМАЕВА, к.т.н., с.н.с. ХМИ НЦ КПМС, 
Ю.А. ЛАЙНЕР, д.т.н., проф. ИМЕТ им. А.А. Байкова, 
Л.М. ВЛАСОВА, к.х.н., доц. КГМУ, 
С.К. КАБИЕВА, к.х.н., уч. секретарь  КарГТУ 
 
Ключевые  слова:  коагулянт,  сульфат  алюминия,  гидроксосульфат  алюминия,  дигидроксосульфат 
алюминия, гидроксохлорид  алюминия, каолинит,  муллит. 
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
ажнейшим  источником  питьевого  водоснабжения 
являются 
подземные 
воды. 
Для 
питьевого 
водоснабжения  городов  Шахтинск,  Сарань,  Шахан 
подземные 
воды 
поступают 
из 
Котырского 
месторождения,  для  Караганды  и  Темиртау  –  из 
Верхнесокырского 
месторождения. 
Вода 
к 
водоочистным  сооружениям  подается  по  каналу 
«Иртыш  –  Караганда».  Для  питьевого  водоснабжения 
городов  Павлодар  и  Экибастуз  вода  поступает  по 
каналу  «Иртыш  –  Караганда»,  водозабор для которого 
ведется  из реки Иртыш. 
В  результате  многолетнего  промышленного  и 
сельскохозяйственного 
освоения 
районов 
они 
оказались  под  угрозой  загрязнения.  Ухудшение 
количественного 
и 
качественного 
состояния 
подземных  вод  приводит  к  выводу  из  строя 
водоисточников  и,  вследствие  этого,  к  ухудшению 
качества  питьевых  вод.  Качество  питьевых  вод 
ухудшается  ещѐ  и  из-за  нехватки  коагулянтов, 
применяемых 
для 
очистки 
воды. 
На 
всех 
водоочистных  сооружениях  в  качестве  коагулянта 
используется  сульфат  алюминия.  К  качеству  питьевых 
вод  предъявляется  ряд  гигиенических  требований, 
действующих 
на 
территории 
Содружества 
Независимых  Государств: 
1.  Микробиологические  показатели  воды  (коли  – 
индекс,  общее микробное число). 
2.  Токсикологические  показатели  воды.  Они 
характеризуют  безвредность  еѐ  химического  состава  и 
концентрации  химических  веществ,  встречающихся  в 
природе  или  добавляемых  к  воде  в  процессе  еѐ 
обработки.  
3.  Органические  показатели  воды  (цветность, 
мутность, запах  и т.д.) 
Показатели  качества  очищенной  питьевой  воды, 
принятые по ГОСТу,  приведены в таблице  1. 
Были  собраны  показатели  качества  очищаемой 
питьевой 
воды 
из  аналитических  лабораторий 
водоочистных 
сооружений 
городов 
Караганды, 
Темиртау,  Сарань,  Шахтинск,  Шахан,  Экибастуз, 
Павлодара,  питающихся  из  канала  «Иртыш  – 
Караганда»,  с  января  по  август.  Полученные  данные 
позволили  сделать  вывод  о  качестве  питьевых  вод  в 
зависимости  от  месяца  года.  Анализ  показал,  что, 
даже  питаясь  из  одного  канала,  качество  поступаемой 
воды  для  городов  разное.  Это  можно  объяснить  тем, 
какие  промышленные  предприятия  находятся  на  этой 
территории, 
каково 
состояние 
самого  канала, 
происходит  ли  его  очищение,  как  его  эксплуатируют. 
Показатели  очистки  воды  зависят  и  от  того,  откуда 
взята  проба  воды  на  водоочистных  сооружениях. 
Поэтому  вследствие  несопоставимости  данных  и 
невозможности  их  объединить,  обработать  эти данные 
по  очистке  воды  по  месяцам  или  кварталам  с 
получением 
математической  модели  изменения 
качества  очищаемой  воды  в  зависимости  от  степени 
очистки  и  времени  года  не  представляется  пока 
возможным [1,2].   
 
Таблица  1  –  Показатели качества очищенной питьевой 
воды 
№ 
Показатели  
качества 
Единица 
измерения 
Очищенная  
питьевая вода 
1.
 
 Алюминий  ост. 
мг/л 
 
2.
 
 Фтор 
мг/л 
не более 0,75 
3.
 
 рН 

-
 
4.
 
 Железо 
мг/л 
не более 0,1 
5.
 
 Жесткость общая   ммоль/м
 
 
6.
 
 Сульфаты 
мг/м
 
 
7.
 
 Сухой остаток 
мг/м  
 
8.
 
 Хлориды 
мг/м  
 
9.
 
 М утность 
мг/м  
 
10.
 
 Кислород 
мг/м  
не более 6 
11.
 
 Азот аммиака 
мг/м  
 
12.
 
 Азот нитритов 
мг/м  
 
13.
 
 Азот нитратов 
мг/м  
-
 
14.
 
 М ышьяк 
мг/м  
не более 0,005 
15.
 
 Фенолы 
мг/м  
не более 0,001 
16.
 
 Нефтепродукты 
мг/м  
 
17.
 
 Коли-индекс


не более 3 
18.
 
 ОМ Ч при 37  
** 

не более 100 
*Коли-индекс – число бактерий группы кишечных палочек в 
1 л воды; 
**ОМЧ – общее микробное число 
 
Анализируя  полученные  данные,  можно  сделать 
вывод,  что  во  время  паводка  (с  марта  по  май)  резко 
увеличивается  мутность  воды:  для  Экибастуза  –  до  23 
мг/л;  для  Павлодара  –  до  44  мг/л,  для  Караганды  и 
Карагандинской  области  –  до  30  мг/л.  Также  в 
питьевых 
водах 
в 
этот 
период 
находится 
определенное 
количество 
остаточного 
полиакриламида  –  поверхностно-активного  вещества, 
который  добавляют  в  очищаемую  воду  для ускорения 
хлопьеобразования  и  осветления  от  взвешенных 
частиц.  В  другие  месяцы  качество  воды  меняется 
незначительно  для  всех  проб очищаемой воды. 
В  настоящее  время  в  странах  СНГ  в  качестве 
коагулянтов  для  очистки  питьевых,  а  также  сточных 
вод 
применяются 
сульфат 
алюминия, 
гидроксосульфат 
алюминия, 
дигидроксосульфат 
алюминия, 
гидроксохлорид 
алюминия. 
Более 
эффективным  коагулянтом  является  дигидросульфат 
алюминия  AI   (SO ) (OH) .  Он  работает  в  более 
широком  интервале  значений  рН  очищаемой  воды, 
требует  меньшего  щелочного  резерва  и  обладает 
значительно 
лучшей 
хлопьеобразующей 
способностью,  особенно  при  низких  температурах. 
Являясь  основным  коагулянтом,  растворы  его  менее 
агрессивны, 
благодаря 
чему 
резко 
снижается 
кислотная  коррозия  оборудования  и  коммуникаций. 
Для 
производства 
дигидросульфата 
алюминия 
требуется  значительно  меньше  серной  кислоты  (на 
35%),  что  позволяет  существенно  снизить  его 
себестоимость.  Расход  этого  коагулянта  (в  расчете  на 
AI O )  на  15-20%,  а  в  некоторых  случаях  на  30-35% 
ниже, 
чем 
сульфат 
алюминия. 
Мицеллы, 
образующиеся  в  результате  гидролиза,  несут  более 
высокий  положительный  заряд  и  обладают  лучшей 
адсорбционной способностью [3].   
Дигидроксосульфат  алюминия  можно  получать из 
готового  сульфата  алюминия  при  взаимодействии  его 
с высокоактивным  гидроксидом алюминия по реакции   
AI (SO )  + AI(OH)   = 3[AI (SO ) (OH) ] 
В
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
При 
известных 
условиях 
выщелачивания 
образуется  небольшое  количество  нерастворимого 
остатка  –  труднорастворимая  соль  типа  водородного 
алунита  по реакции 
4AI (SO )
 
+
 
10AI(OH)
 
+
 
Н О
 
=
 
Н [AI (SO ) (OH) ]} 
Более  целесообразно  получать  коагулянты  из 
отходов  добычи  и  обогащения  углей,  которые 
являются  источниками  загрязнения  окружающей 
среды  в  промышленно-развитых  областях  Казахстана. 
К  твердым  отходам  можно  отнести  отходы  добычи 
углистых  пород  Экибастузского  месторождения, 
отходы  обогащения  борлинских  углей.  Вследствие 
высокой  зольности  они  не  могут  использоваться  в 
энергетике  на тепловых  электростанциях.   
Качественная  характеристика  минеральной  части 
глиноземсодержащих  углистых  пород  Экибастузского 
бассейна  колеблется  в  пределах  (%):  зольность  60-70; 
выход  летучих  –  15-16;  содержание  углерода  –  20-25. 
Химический  состав  золы  (%): SiO  – 55-60; AI O  – 30-
35;  Fe O –  2.5-4.5;  CaO  –  0.5-1.0;  MgO  –  0.3-0.5; SO  – 
0.5-1.0;  C – -  
Зольность  отходов  обогащения  борлинских  углей 
60%.  Количественная  характеристика  золы  такова  (%): 
SiO   –  55-60;  AI O –  25-33;  Fe O –  2,5-3,5;  CaO  – ,4-
0,6;  MgO –
-
 
По 
данным 
минералогического 
анализа, 
алюминий  в  этих  отходах  содержится  в  форме 
каолинита 
(AI O ·2SiO ·2Н О) 
при 
достаточном 
количестве  углерода.  
В  лабораторных условиях были получены образцы 
сульфата, 
гидроксосульфата 
и 
гидроксихлорида 
алюминия.  
Каолинит  трудно  разлагается  серной  кислотой, 
при  обработке  20-25%  Н SO   степень  извлечения 
AI O  
не  превышает  5%.  Поэтому  каолинит 
необходимо  перевести  в  другое  соединение.  Это 
происходит  при  обжиге  углистых  пород.  При 
температуре  обжига  600-
°С  каолинит  полностью 
превращается  в  метакаолинит  –  высокоактивное 
соединение 
(AI O ·2SiO ), 
легко 
разлагающееся 
кислотами  по реакциям: 
AI O ·2SiO   + Н SO  = AI (SO )  + 2SiO
Н О 
AI O ·2SiO   + 2HCI  + Н О = 2AI(OH) CI  + 2SiO  
С  увеличением  температуры  обжига  извлечение 
глинозема 
снижается 
за 
счет 
образования 
труднорастворимого 
соединения 
– 
муллита 
AI O ·2SiO  
 
Полученные 
образцы 
были 
испытаны 
по 
стандартной  методике  пробного  коагулирования  воды 
с  механическим  перемешиванием  на  установке 
«Капля», 
а 
часть 
(в 
основном 
образцы 
гидроксохлорида  алюминия)  на  пилотной  установке 
фильтрационно-технологического  анализа. 
Образец  твердого  сульфата  алюминия  имел 
химический  состав,  %:  17,6  AI O ,  Н SO отсутствует, 
Fe O   –  следы,  нерастворимый  остаток  – 0,3 и отвечал 
требованиям  на  «Алюминий  сульфат  технический 
очищенный». 
Образец  гидроксосульфата  алюминия  (ГОСА) 
имел  следующий  химический  состав,  %:  16,85  AI O , 
0,30  SiO  , нерастворимый остаток – 0,35,  0,12  Fe O . 
Образец 
гидроксохлорид 
алюминия  (ГОХА) 
средней  основности  содержал,  %:  11,9  AI O ,  10,5  CI
-

0,36  SiO ,  0,005  Fe O ,  0,2  нерастворимого  остатка  и 
соответствовал  техническим  условиям  на  «Алюминий 
хлористый  основной». 
Таким  образом,  выявлена возможность получения 
высокоэффективных  коагулянтов  из  глиноземистых 
отходов  добычи  и обогащения углей Экибастузского и 
Борлинского 
месторождений 
в 
лабораторных 
условиях.  Дальнейшая  реализация  данной  тематики 
принесет 
не 
только 
экономическую, 
но 
и 
экологическую пользу. 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
 
  М алышев В.П. Вероятностно-детерминированное  отображение. Караганда: Гылым, 1994. 
  М алышев В.П. Вероятностно-детерминированное  планирование эксперимента.  Алма-Ата: Наука, 1981. 
  Нуркеев С.С., М алыбаева Г.О., Романов Л.Г. О кинетике растворения различных форм и соединений оксида алюминия в 
соляной кислоте // КИМС. Алма-Ата, 1981. № 10. С.  -
 
  Шпирт М .Я., Рубан В.А., Иткин Ю.В. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. М осква: Недра, 
1990. 224 с. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   23


©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал