Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1. Строение сульфатного лигнина 8
1.2. Коагуляция дисперсных систем 20
1.3. Состояние титана в сернокислых растворах 27
1.4. Состояние и свойства хлорида титана в солянокислых растворах... 36
1.5. Гидроксиды солей титана 39
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 47
2.1. Характеристика объектов исследования 47
2.1.1. Характеристика сульфатного лигнина 47
2.1.2. Характеристика солей титана 49
2.2. Методы исследования 50
2.2.1. Метод спектрофотометрии 50
2.2.2. Метод микроэлектрофореза 51
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 54
3.1. Исследование взаимодействия титанилсульфата с сульфатным лигнином 54
3.1.1. Исследование гидролиза водных растворов титанилсульфата и электроповерхностных свойств продуктов его гидролиза 54
3.1.2. Исследование агрегативной и седиментационной устойчивости и электроповерхностных свойств водных дисперсий сульфатного лигнина 63
3.1.3. Коагуляция сульфатного лигнина титанилсульфатом 66
3.2. Исследование взаимодействия хлорида титана с сульфатным лигнином 83
3.2.1. Исследование гидролиза водных растворов хлорида титана 83
3.2.2. Коагуляция сульфатного лигнина хлоридом титана 85
3.3. Коагуляция сульфатного лигнина композиционными коагулянтами 102
3.3.1. Коагуляция сульфатного лигнина композиционным коагулянтом на основе титанилсульфата и сульфата алюминия 102
3.3.2. Коагуляция сульфатного лигнина композиционным коагулянтом на основе хлорида титана и хлорида алюминия 111
ВЫВОДЫ 122
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 124
Введение к работе
Обработка коагулянтами - самый распространенный метод очистки воды от грубодисперсных и коллоидных загрязнений. В последние годы масштабы применения метода коагуляции значительно увеличились и, судя по прогнозам, будут продолжать увеличиваться. Сегодняшняя практика коагуляционной очистки воды основана, главным образом, на эмпирических выводах. Между тем результаты именно теоретических исследований в области фундаментальных наук, в частности физической и коллоидной химии, заставляют практически пересмотреть принятые взгляды на механизм коагуляционных взаимодействий, позволяют создать модель процесса, близкую к реальному процессу, наметить новые пути повышения технологической эффективности этого метода [1].
Исследование закономерностей коагуляции парализующимися солями представляет большой практический интерес и имеет важное значение для построения общей теории устойчивости. Наиболее широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности в качестве коагулянта нашел сернокислый алюминий. Однако данный коагулянт обладает и рядом недостатков, таких как образование сильно обводненных и трудно фильтруемых осадков, а также возможность вторичного загрязнения воды алюминием [2-7]. В последнее время все более широкое применение находят другие виды коагулянтов, которые частично устраняют перечисленные недостатки. К ним относятся соли титана, такие как титанилсульфат и хлорид титана. Титанилсульфат является одним из сильнейших комплексообразователей и реагирует практически со всеми классами органических соединений с образованием водонерастворимых соединений, на чем и основан принцип его применения при очистке воды. Результаты исследований [8-17] показали, что химическое потребление кислорода (ХПК) очищенных с помощью сульфатов титанила и аммония сточных вод можно снизить на 60-80%. Разработанный в Санкт-Петербургском научно-исследовательском центре экологической безопасности РАН [18-24] коагулянт на основе титана обладает следующими свойствами:
• Высокой скоростью хлопьеобразования - 10-30 секунд при температуре воды 0,6°С;
• Способностью образовывать крупные хлопья, переходящие, по мере сорбции и захвата примесей, в плотный компактный крупнозернистый осадок с большой скоростью осаждения (при этом осадок хорошо фильтруется);
• Способностью за счет микрофильтрации снижать мутность природной воды на 80-90% (до 0-0,3 мг/л) и практически полностью (на 95-100%) очищать воду от устойчивых высокодисперсных суспензий природного и промышленного происхождения;
• Способностью адсорбировать органические и неорганические соединения, тяжелые металлы (Hg, Mn, Cd, Sn, V и др.) за счет образования развитой удельной поверхности, содержащей широкий набор адсорбционных центров и микропор;
• Эффективностью действовать при низких температурах обрабатываемой воды - 0,6-10°С (в отличие от широко применяемых ныне солей алюминия, работающих при температурах не ниже 10°С);
• Способностью глубокой очистки воды от болезнетворный бактерий (снижение общего микробного числа не менее, чем в 20 раз) без предварительного хлорирования с пролонгированным обеззараживающим эффектом в течение не менее 4 часов;
• Способностью сорбировать высокомолекулярные органические соединения сложного состава;
• Экологической безопасностью и отсутствием вторичного загрязнения входящими в состав коагулянта компонентами (остаточное содержание их не превышает 10% от уровня предельно допустимых концентраций (ПДК));
• Снижением объема вторичного осадка (шлама) и повышением скорости фильтрации за счет образования плотного компактного осадка.
Цель и задачи исследования.
В связи с выше сказанным целью данной работы явилось исследование эффективности действия новых видов коагулянтов на основе солей титана и их композиций с другими коагулянтами, обладающих рядом преимуществ по сравнению с традиционно применяемым на практике сернокислым алюминием, и выяснение механизмов их действия.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать состояние и гидролиз солей титана в их водных растворах;
2. Исследовать процесс коагуляции дисперсии сульфатного лигнина (СЛ) в водных растворах TiOS04 и ТіСЦ в широком диапазоне рН и концентраций коагулянтов;
3. Разработать новые композиционные коагулянты на основе солей TiOS04, ТіСЦ, A12(S04)3 и А1С13;
4. Выяснить механизмы действия исследованных коагулянтов;
5. Определить оптимальные условия удаления С Л из воды. В ходе проведенного исследования впервые:
• исследованы процессы взаимодействия солей титана (TiOS04 и ТіСЦ) с СЛ;
• разработаны новые композиционные коагулянты на основе солей титана и алюминия;
• установлены оптимальные условия очистки лигнинсодержащих модельных сточных вод солями титана и композиционными коагулянтами на их основе;
Проведенное исследование показало, что соли титана и композиционные коагулянты на его основе являются эффективными коагулянтами для очистки сточных вод от СЛ. Установлены оптимальные условия очистки сточных вод от СЛ этими коагулянтами. Полученные данные могут быть использованы для интенсификации очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности.
