Содержание к диссертации
Стр.
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ ОТ ПРИМЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКОГО И
НЕОРГАНИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)... 9
Процессы коагуляции в дисперсных системах 9
Процессы гидролиза солей алюминия и железа и физико-химические методы анализа, образующихся продуктов гидролиза 11
Процессы образования агрегатов в жиросодержащих системах и способы очистки жир- и белоксодержащих
дисперсных систем 24
1Л Процессы флокуляции в дисперсных системах 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ 39
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 41
2.1 Характеристика веществ 41
Коагулянты 41
Полимерные флокулянты 43
2.2 Физико-химические методы исследования 45
Метод седиментации 45
Метод осветления 45
Метод фотоэлектроколориметрии 46
Метод потенциометрического титрования 47
Метод ИК- Фурье спектроскопии 48
2.3 Химические методы исследования 49
Методика определения жиров 49
Методика определение белков 50
2.4 Статистическая обработка полученных результатов 51
ГЛАВА 3. ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 55
Процессы коагуляции в белково-липидных дисперсных системах 55
Влияние тяжелых металлов на процессы гидролиза в присутствие солей алюминия 81
Процессы флокуляции в дисперсных системах с органическими примесями 93
Разработка технологической схемы для очистки жир- и белоксодержащих дисперсных систем 108
ВЫВОДЫ 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118
ПРИЛОЖЕНИЕ 132
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
АА - акриламид
ПАА - полиакриламид
ПААФ - полиакриламидные флокулянты
СА - сульфат алюминия
ХА - хлорид алюминия
ХЖ - хлорид железа
ДС - дисперсная система
ДФ - дисперсная фаза
А - анионный ПААФ
Мц -молекулярная масса
[т|] - предельное число вязкости
dK - диаметр капилляра
Na-AK - натриевая соль акриловой кислоты
Q(t) - текущее значение массы осадка
Qraax - максимальная масса осадка в конкретном эксперименте
(У) - время осаждения хлопьев
КПТ - кривые потенциометрического титрования
ТКПТ - теоретические кривые потенциометрического титрования
ЭКПТ - экспериментальные кривые потенциометрического титрования
nL - функция образования по лиганду
пм- функция образования по металлу
К - константа устойчивости комплексного соединения
В - базисный ряд комплексных соединений
С - сопутствующий базисный ряд комплексных соединений
Р - полиядерные соединения
G - гетероядерные соединения
S - осадки
Введение к работе
.*, Актуальность работы: Производственные стоки предприятий пищевой
и легкой промышленности представляют собой коллоидные системы с большим количеством примесей органической и неорганической природы. Проблема очистки производственных стоков с целью создания замкнутых циклов потребления воды на производствах остается актуальной.
В последние годы наметилась тенденция по применению физико-химических методов очистки сточных вод. К числу наиболее эффективных методов удаления примесей различной природы относят реагентный метод, основанный на применении коагулянтов, флокулянтов и их композиций.
Наибольший интерес исследователей, при изучении условий внедрения
метода реагентной очистки, вызывают вопросы, связанные с устойчивостью
коллоидных систем, содержащих примеси белково-липидного характера, а
также воздействие на системы различных факторов (t, р).
' Работа выполнена в рамках Государственной программы развития при-
оритетных направлений науки РТ «Фундаментальные основы химии и разработка новых высоких технологий» (2002 - 2006).
Цель и задачи исследования. Установление коллоидно-химических особенностей процессов коагуляции и флокуляции в белково-липидных дисперсных системах. Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:
изучение влияния белково-липидных примесей дисперсной фазы на процесс коагуляции в присутствии солей алюминия и железа;
изучение процессов комплексообразования при гидролизе коагулянтов (солей алюминия и железа) с солями тяжелых металлов и композиций коагулянтов с флокулянтами полиакриламидного характера;
» 3. разработка способов оптимизации процессов дестабилизации коллоидных
систем с примесями белково-липидного характера.
Научная новизна и значимость работы. Проведено исследование двух реальных дисперсных систем, отличающихся высоким содержанием примесей белково-липидного характера в дисперсной фазе. В условиях сопоставления липидной и белковой составляющей на поверхности раздела дисперсная фаза - дисперсионная среда, возможна количественная оценка коагуляционной активности действия солей алюминия и железа и расчет необходимых концентраций коагулянтов. Изучено влияние процессов комплексообразования в условиях гидролиза солей алюминия и железа. Получены новые данные для процессов гидролиза, как в присутствии индивидуальных коагулянтов, так и их композиций с флокулянтами на основе полиакриламида.
Практическая значимость работы. Установленные в лабораторных и полупромышленных испытаниях закономерности являются основой для разработки рекомендаций по оптимизации режимов дестабилизации реальных систем с высоким содержанием белково-липидных примесей и солей тяжелых металлов.
Личное участие автора. Диссертантом выполнены все эксперименты по изучению процессов коагуляции и флокуляции в жир- и белоксодержащих системах. Проведены расчеты кинетических параметров на основе существующих методик. Диссертант принимал активное участие в обсуждении результатов работы и их публикации в виде печатных трудов, а также участвовал в производственных испытаниях на очистных сооружениях ОАО «Казанский мясокомбинат» и ОАО «Свияжский мясокомбинат».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 5 статей. Получены положительные решения о выдаче двух патентов РФ на изобретения № 2005117089/15(019487), № 2005117090/15(019488) от 14.07.2006г.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на: - II международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 2004); - XI международной конференция студентов и аспирантов «Синтез, исследование
7
свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Ка
зань, 2005); - научной конференции «Современные проблемы науки и обра-
ф. зования» посвященной 10-летию Российской Академии Естествознания (Мо-
сква, 2005); - II конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2006). Результаты работы также докладывались на ежегодных научно-технических конференциях КГТУ (Каз. гос. технол. ун-т) в 2003 - 2006г.
Объекты и методы исследования. В работе в качестве объектов исследования были выбраны коллоидные системы, являющиеся результатом дея-тельности мясоперерабатывающих производств, с определенной природой дисперсной фазы, полученные в результате различных технологических стадий. Основу первой и второй дисперсной системы составляют жиры и белки животного происхождения.
В качестве коагулянтов использовали сульфат алюминия Al2(S04)rl8H2O
- (СА), хлорид алюминия А1С13 - (ХА) и хлорид железа FeCl3-6H20 - (ХЖ).
В качестве флокулянтов использовали полимеры: праестолы марок
Ps2640, Ps2530, Ps2540TR, Ps2540, Ps2515, Ps2500 (Stock Hausen Cmb. H&Co. CG) и DKS F40 NT1 (Японский химический департамент).
Изучение дисперсных систем проводилось методом седиментационного анализа на торсионных весах типа ВТ-500. Определение оптической плотности образцов проводилось на концентрационном спектрофотоколориметре
UNICO 1200 (фирмы "United Products & Instruments, Inc." США, 2004). *
Структурно-групповой состав дисперсных фаз выбранных систем был изучен
с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии, запись спектров проводилась
на спектрометре «Specord 71 IR» с фиксированной толщиной слоя. Эффек
тивность очистки сточных вод оценивалась физико-химическими методами
определения жиров (метод Сокслета), белков (методы Къельдаля и Лоури) и
пі ИК - спектроскопии.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 173 страницах и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, экспериментальная
8 часть, данные экспериментов и их обсуждение), выводов, списка использованной литературы из 142 наименований, приложения. Работа иллюстрирована 42 рисунками и содержит 22 таблицы.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю -д.х.н., профессору Барабанову Вильяму Петровичу за руководство и помощь в работе; к.х.н., доценту А.Ф. Добрыниной за соруководство при выполнении работы; д.х.н., проф. Юсупову Р. А. - за научные консультации по вопросам комплексообразования и предоставление программы EQ; д.х.н. Петровой Л.М. (ИОФХ им. А.Е.Арбузова КЦН РАН) - за помощь в обсуждении и расшифровке данных метода ЙК-спектроскопии; генеральному директору ОАО «Свияжский мясокомбинат» И.Ф. Кабирову и генеральному директору ОАО «Казанский мясокомбинат» Гайзатуллину P.P. за помощь в проведении исследований.
