авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«1 На правах рукописи ГОДЖАЕВА АИДА РАФИГОВНА СИНТЕЗ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА ИЗ ЭПИХЛОРГИДРИНА И ДИМЕТИЛАМИНА И ЕГО ...»

-- [ Страница 2 ] --

На биологических очистных сооружениях (БОС) (рисунок 8) [37] сточные воды перед биологической очисткой проходят предварительную очистку, заклю чающуюся в добавлении в них избыточного активного ила, который обеспечивает частичное удаление хлорорганических соединений – загрязнителей за счет удер живания их в своем объеме. Далее избыточный активный ил удаляется из потока сточных вод отстаиванием. Для интенсификации процесса отстаивания применя ются различные флокулянты.

Флокулянт Флокулянт выпуск в полиЭХГДМА полиЭХГДМА р.Белая ПСВ* Вторичный Первичный Биологическая биосорбер радиальный радиальный очистка отстойник отстойник Флокулянт Праестол активный ил Избыточный Стадия меха нического Избыточный обезвоживания активный ил ПСВ* - промышленные сточные воды Рисунок 8 – Принципиальная технологическая блок-схема очистки сточных вод На первом этапе исследований (таблица 9) нами определялась возможность замены реагента полиДАДМАХ («ВПК-402») на полиЭХГДМА дозируемого в первичные отстойники для осаждения мелких примесей. Дозируемое количество полиЭХГДМА составило 0,08 мл/дм3 (аналогично концентрации полиДАДМАХ, применяемого в промышленных условиях).

В пробе с флокулянтом полиЭХГДМА наблюдалось достаточно быстрое осе дание мелких, но четко скоагулированных флокул, жидкость постепенно приоб ретала прозрачность, через 30 минут осаждения количество взвешенных веществ составило 60 мг/л. Эффективность очистки при этом составила - 95 %, уменьши лось содержание хлорорганических соединений, а также показатель ХПК.

В пробе с реагентом полиДАДМАХ наблюдалось также быстрое осаждение взвешенных веществ, небольшая мутность в пробе присутствовала, но через минут осаждения концентрация взвешенных веществ в осветленной жидкости составила 68 мг/л. Эффективность очистки составила 93%, уменьшилось содер жание хлорорганических соединений, но показатель ХПК увеличился в 2 раза.

Таблица 9 – Результаты испытаний по очистке сточных вод (рабочие растворы: % растворы полиДАДМАХ, полиЭХГДМА) Исходная полиДАДМАХ полиЭХГДМА Наименование исследуемых сточная вода показателей Массовое содержание взве- 68,0 60, шенных веществ, мг/дм Массовое содержание хлорор- 1,82 1,05 1, ганических соединений, мг/дм Показатель ХПК, мгО2/дм3 19,0 34,0 17, По полученным результатам, при сравнении работы флокулянтов было уста новлено, что скорость осаждения, хлопьеобразование и содержание взвешенных частиц почти идентичны, следовательно, взаимозаменяемость этих полиэлектро литов не исключается [93]. Предварительными экспериментами установлено, что близкой к оптимальной является концентрация полиЭХГДМА 0,08 мл/дм3 при плотности 1,010 г/см3, аналогично концентрации применяемого полиДАДМАХ.

На втором этапе в зависимости от соотношения активного ила к промыш ленным стокам проведены сравнительные лабораторные эксперименты для опре деления эффективности работы полиэлектролитов для очистки промышленных стоков по основным регулируемым параметрам.

Таблица 10 – Результаты сравнительных испытаний полиДАДМАХ и полиЭХГДМА в качестве флокулянтов при очистке сточных вод (объем пробы (сточные воды) – 1000 мл;

рабочие растворы, доза: полиДАДМАХ 5%, при до зе - 0,08 мл/дм3;

полиЭХГДМА 5% - 0,08 мл/дм3;

время процесса отстаивания: = мин.;

температура: t = 28 0С) Исх. поли- поли Анализируемые показатели данные ДАДМАХ ЭХГДМА Соотношение избыточного активного ила к стокам 1: Взвешенные вещества, мг/дм3 780 55 Хлорорганика, мг/дм3 1,55 1,17 1, Ост. содержание полимера, мг/дм3 не обн. 0,25 0, ХПК, мгО2/дм3 22 19 Прозрачность, % 4 70 Скорость осаждения, мл/мин 1,8 3,2 3, Соотношение избыточного активного ила к стокам 1: Взвешенные вещества, мг/дм3 1000 68 Хлорорганика, мг/дм3 1,82 1,14 1, Ост. содержание полимера, мг/дм3 не обн. 0,28 0, ХПК, мгО2/дм3 19 17 Прозрачность, % 2 69 Скорость осаждения, мл/мин 2,5 3,9 4, Соотношение избыточного активного ила к стокам 1: Взвешенные вещества, мг/дм3 1050 75 Хлорорганика, мг/дм3 1,78 1,24 1, Ост. содержание полимера, мг/дм3 не обн. 0,44 0, ХПК, мгО2/дм3 18 15 12, Прозрачность, % 3 69 Скорость осаждения, мл/мин 3,8 4,9 4, Установлено, что при оптимальном количестве добавленного флокулянта полиЭХГДМА процесс отстаивания ускоряется за счет образования не связанных между собой агрегатов, способных к быстрому осаждению.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что синтезированный по лиэлектролит по сравнению с полиДАДМАХ при введении в сточные воды обла дает следующими преимуществами [94]:

- обеспечивает высокую скорость осаждения 0 = 3,7 - 4,9 мл/мин;

- осветленная вода имеет более высокую прозрачность на 3 - 15%;

- стоки имеют пониженное остаточное содержание полимера 0, – 0,28 мг/дм3, при норме не более 0,4 мг/дм3;

- обеспечивается пониженное содержание взвешенных веществ до 60 мг/дм3;

- пониженное содержание хлорорганических соединений до 1,02 мг/дм3.

Максимально достигнутая эффективность очистки при соотношении ак тивного ила к стокам 1:34 составляет – 95% (рисунок 9).

100 Взвешенные вещества Хлорорганика ХПК Эффективность Прозрачность очистки, % ДАДМАХ ДАДМАХ ДАДМАХ ЭХГДМА ЭХГДМА ЭХГДМА 1:32 1:34 1: Рисунок 9 - Эффективность очистки промышленных сточных вод с применением полиДАДМАХ и полиЭХГДМА.

Таким образом, применение полиЭХГДМА на стадии первичного отстаива ния промышленных сточных вод, по сравнению с полиДАДМАХ, позволяет су щественно улучшить показатели качества очищенной сточной воды.

2.2.2 ПолиЭХГДМА в процессе обезвоживания осадков сточных вод В процессе очистки сточных вод в первичных радиальных отстойниках (рисунок 8) образуется осадок, подвергающийся утилизации после механического обезвоживания.

Вопросы обработки и утилизации осадков городских сточных вод чрезвы чайно актуальны во всем мире. Большие объемы осадков, их бактериальная зара женность, наличие органических веществ, способных быстро загнивать с выделе нием неприятных запахов, а также неоднородность состава и свойств осадка ос ложняют их обработку. Основным способом обработки и утилизации осадков, го родских и промышленных сточных вод является их механическое обезвоживание, которое позволяет уменьшить их объем и подготовить к утилизации. Основной этап при применении данного способа является реагентная обработка поступаю щих осадков [95].

От полимерных флокулянтов на станции обезвоживания требуется: хорошая водоотдача, чистый фильтрат, устойчивость образованных флоккул к внешним воздействиям. Не всегда один флокулянт может отвечать этим требованиям. Ино гда приходится использовать в процессах сгущения и обезвоживания различные полимеры [89].

В настоящее время на узле механического обезвоживания (УМО) сточных вод БОС в качестве реагента применяется катионный флокулянт марки «Праестол 853BС» (праестол). Катионные марки флокулянтов праестол являются сополиме рами акриламида с возрастающими долями катионных сомономеров. Внесенные ими в полимер катионные группы обладают в водном растворе положительными зарядами. Решающим фактором оптимального действия марки праестол являются действующие на поверхностях частиц потенциалы. Они зависят как от самих час тиц, так и от окружающих условий, таких как рН, электрическая проводимость, жесткость и содержания взвешенных веществ [96].

В связи с тем, что результаты, полученные в лабораторных условиях по при менению полиЭХГДМА для обезвоживания осадков, вместо применяемого коа гулянта «Праестол 853 BS», оказались неудовлетворительными, целью дальней ших исследований явилось определение возможности использования флокулянта полиЭХГДМА в смеси с «Праестол 853 BS» (таблица 11).

Лабораторные испытания проведены на смешанных осадках, отобранных с приемных емкостей узла механического обезвоживания. Расход флокулянта «Праестол 853 BS» составлял 2-4 кг/тн сухого вещества 2-5%-го рабочего раство ра. Исходя из этих данных, было рассчитано необходимое количество полиЭХ ГДМА и «Праестол 853 BS» в различных соотношениях [97].

Таблица 11 – Результаты испытаний по оценке эффективности работы смесевого реагента полиЭХГДМА и праестола (объем пробы (осадок) – 1000 мл;

рабочие растворы:

праестол – 1%;

полиЭХГДМА – 1%) Соотношение Дозировка рабочих Анализируемые показатели Праестол: растворов флокулян полиЭХГДМА тов, мл Праестол Поли- ХПК, хлорорг. про pH мг/дм ЭХГД- соед., зрач МА мг/дм ность, % Исходный рас- - - 6,1 448 9,3 0, твор 1:0 30 - 6,27 27,0 1 1:1 15,0 15,0 6,25 12,50 1,76 18, 1:3 7,5 22,5 6,95 13,80 1,96 28, 1:7 3,5 26,5 7,00 14,30 1,29 33, 1:14 2,0 28,0 6,80 14,76 0,93 40, 1:17 1,77 32,57 6,50 8 1,05 29, 1:20 1,51 32,91 6,70 17 1,17 1:25 1,20 33,26 6,70 12 1,15 1:29 1,0 29,0 6,90 17,52 1,99 Таким образом, в результате лабораторных испытаний было установлено, что наиболее эффективной является смесь коагулянтов «Праестол 853 BS» и поли ЭХГДМА в объемном соотношении рабочих растворов 1:14 (рисунок 10).

Исследования, проведеные в лабораторных условиях показали, что в ре зультате использования полиЭХГДМА на этапе первичного отстаивания про мышленных стоков, качество сырого осадка, поступающего в дальнейшем на обезвоживание существенно изменилось. Сырой осадок стал более рыхлым и лег ким, по сравнению с осадком, получаемым при использовании флокулянта поли ДАДМАХ на данном этапе очистки.

При оптимальном количестве добавленного флокулянта образуется несвя занные между собой агрегаты, способные к быстрому осаждению. Оптимальная концентрация флокулянта полиЭХГДМА при этом составляет 0,08 мл/дм3 (анало гично концентрации применяемого полиДАДМАХ).

Прозрачность % 60, 50, 40, 30, 20, 10, 0, 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Количество частей "поли-ЭХГ-ДМА" на единицу Праестола, мг/дм Рисунок 10 - Эффективность очистки сточных вод при совме стном применении полиЭХГДМА и праестола По результатам проведенных исследований предложена принципиальная технологическая блок-схема узла механического обезвоживания осадка (рисунок 11). Приготовление смеси реагентов «полиЭХГДМА-праестол» (поз.3) в объем ном соотношении 1:14 осуществляют в емкости с мешалкой (поз.3).

р-р порошково- р-р 15% го флокулянта ПолиЭХГД МА Праестол 853BS Рисунок 11 – Принципиальная блок-схема узла дозирования реагентов механиче ского обезвоживания: 1 - емкость для приготовления 0,5%-го ф-та праестол;

2 емкость для приготовления 5%-го раствора полиЭХГДМА;

3 – емкость с мешал кой для смеси реагентов;

4 - приготовленная смесь флокулянтов;

5 – насос доза тор;

6 – декантер.

С целью выявления возможного влияния остаточной концентрации поли ЭХГДМА в осадках на снижение расхода реагента «Праестол-853BS» нами про ведены лабораторные испытания (таблица 12) с использованием промышленных осадках по основным регулируемым показателям процесса механического обез воживания на лабораторной центрифуге, в результате работы которой происходит разделение исследуемой смеси на твердую (кек) и жидкую (фугат) части.

Результаты экспериментов (таблица 12) позволяют сделать вывод о том, что остаточное содержание полиЭХГДМА в осадке позволяет снизить дозу флоку лянта праестола (до определенного предела) без ухудшения основных показате лей по прозрачности, выделенного фугата (не менее 40%) и по содержанию влаги в кеке (70,075,0 %).

Таблица 12 - Результаты испытаний по определению влияния полиЭХГДМА на качество осадков сточных вод (объем пробы (осадок) – 1000 мл;

рабочий раствор: Прае стол-853BS – 0,1%;

время перемешивания – = 1 мин;

время центрифугирования - = 3 мин.;

число оборотов: 1500 об/мин;

кювета для оптической плотности - 5 мм, = 540 нм.) № Прозрач- Ост. конц. Доза Оптическая Влажность, % pH ность поли ЭХ- праестола, плотность, осадка кека фугата, % ГДМА, кг/т нм мг/дм 1 6,27 64 0,90 7,5 0, 036 98,3 77, 2 6,27 68 0,75 7,0 0,041 98,2 77, 3 6,25 65 0,64 6,5 0,034 98,2 68, 4 6,95 50 0,80 6,0 0,196 98,1 75, 5 7,00 43 0,70 5,5 0,089 98,4 77, 6 6,80 45 0,50 5,0 0,196 98,3 77, 7 7,15 42 0,40 4,5 0,071 98,3 77, 8 7,13 39 0,80 4,0 0,078 98,2 77, 9 7,18 40 1,60 3,5 0,178 98,1 77, 10 7,15 35 0,70 3,0 0,061 98,2 77, 11 7,23 37 0,90 2,5 0,095 98,1 76, 12 7,25 30 1,20 2,0 0,096 98,5 77, 13 7,54 24 1,40 1,5 0,084 98,9 78, 14 7,75 18 0,90 1,0 0,086 98,7 78, 15 7,91 12 0,65 0,5 0,072 98,8 78, По предварительному расчету показатели эффективности работы полиЭХ ГДМА, в процессе осаждения взвешенных веществ, поступающих с промышлен ными стоками, превосходят показатели, ранее применяемого флокулянта поли ДАДМАХ, за счет чего, расход флокулянта «Праестол 853 BS» снижается как минимум в 1,5 раза [98].

Далее образцы подвергали обезвоживанию на лабораторной центрифуге марки ОПН-8, в результате которого происходит разделение исследуемой смеси на твердую часть (кек) и на жидкую (фугат). Для сравнения, аналогичные экспе рименты проводили с образцами осадка, содержащими полиДАДМАХ(таблица 13).

По предыдущим испытаниям на стоках нами установлено, что при исполь зовании полиЭХГДМА, при очистке сточных вод, качество сырого осадка, по ступающего на обезвоживание, существенно меняется, в частности, он становит ся более рыхлым и легким, по сравнению с осадком, получаемым при использо вании флокулянта полиДАДМАХ («ВПК-402»). Это объясняется тем, что при до зировании флокулянта «Праестол-853 BS» в осадок образуются крупные и тяже лые флокулы, часть которых при разделении фаз всплывает на поверхность ос ветленной части, т.к при формировании флокул между их частицами образуются пустоты, заполненные водой. Так как флокулянт «Праестол-853BS» обладает вы сокой связывающей способностью, при взаимодействии со взвешенными части цами происходит быстрое схватывание, что приводит к неполному обезвожива нию [99].

В результате выявлено снижение устойчивости гидрофильных макромолекул за счет взаимодействия их с положительно-заряженными аминогруппами поли ЭХГДМА, находящимися на главной молекулярной цепи, путем образования «мостиковых» связей. Вследствие этого происходит разрушение гидратных сло ев, сформированных на поверхности дисперсной фазы, освобождение части кол лоидно-связанной воды (что демонстрирует изменение качества осадка при до бавлении полиЭХГДМА). На главной цепи у полиЭХГДМА находятся гидро ксильные группы, которые при последующем добавлении «Праестол-853BS»

вступают во взаимодействие с положительно-заряженными активными центрами макромолекулы флокулянта. То есть, при добавлении полиЭХГДМА образуются первичные флокулы небольшого размера, которые при добавлении «Праестол 853BS» образуют вторичные флокулы, по размерам превосходящие первичные и оседающие с большей скоростью.

При использовании флокулянта полиДАДМАХ с ежемесячным средним расходом 19,655 тонн для седиментации взвешенных веществ промышленных стоков, расход праестола для обезвоживания шлама после ПРО составлял в сред нем 2310,71кг/месяц.

В настоящее время ежемесячный средний расход полиЭХГДМА составляет 0,685 тонн, при этом расход праестола составляет- 1357,5 кг/месяц. Показатели эффективности работы коагулянта полиЭХГДМАа, в процессе осаждения взве шенных веществ, поступающих с промышленными стоками, превосходят показа тели, ранее применяемого коагулянта полиДАДМАХ.

Таблица 13 – Испытания по обезвоживанию промышленных осадков при приме нении полиДАДМАХ № Показатели Осадок Фугат Кек п/п Ост.конц. Доза Влаж- Взве- Взве- Прозрач- Влаж pH pH полиДАД- прае- ность, шен- шен- ность,% ность, % МАХ в стола, ные ные % осадке, кг/т веще- веще мг/дм3 ства, ства, мг/дм3 мг/дм 1 0,86 7,5 7,1 98,4 11000 7,8 230 47 77, 2 0,85 7,0 7,0 98,5 11400 8 200 48 77, 3 0,84 6,5 7,15 98,3 12000 7,9 220 45 4 0,8 6,0 7,1 98,5 12300 7,7 240 45 75, 5 0,87 5,5 7,2 98,9 12500 7,3 300 43 77, 6 0,95 5,0 7,0 98,8 11000 7,4 260 45 77, 7 0,94 4,5 6,8 98,6 13000 8,2 290 42 77, 8 0,98 4,0 6,95 98,5 14000 7,8 270 42 77, 9 1,02 3,5 7,0 98,7 14000 8 260 40 10 1,07 3,0 7,13 98,6 12000 7,9 240 39 77, 11 0,94 2,5 7,15 98,8 11200 7,7 220 37 76, 12 1,02 2,0 7,2 98,7 12300 7,6 250 34 77, 13 1,04 1,5 7,2 98,4 13600 7,7 240 34 78, 14 1,2 1,0 7,15 98,5 12500 7,6 260 35 78, 15 1,5 0,5 7,2 98,3 12000 7,5 400 32 78, Остаточное содержание полиДАДМАХ (таблица 12) в обезвоживаемом осадке не влияет на процесс механического обезвоживания осадка по основным регламентируемым параметрам и не способствует уменьшению расходной нормы реагента праестол. Результаты экспериментов указывают на то, что не зависимо от остаточного содержания полиДАДМАХ в осадке снижение дозировки праесто ла в проведенных экспериментах снижает эффективность процесса обезвожива ния. Кроме того, необходимость получения кека влажностью в пределах 72-78% обусловлено техническими требованиями эксплуатации промышленного обору дования установки механического обезвоживания осадка [100].

Таким образом, остаточная концентрация полиЭХГДМА, поступающая с осадками первичных отстойников на узел механического обезвоживания, позво ляет значительно снизить расход дорогостоящего реагента – флокулянта прае стол, применяемого на данном узле и соответственно снизить затраты на его осу ществление.

Таблица 14 – Испытания по обезвоживанию промышленных осадков при приме нении флокулянта полиЭХГДМА № Осадок Фугат Кек Показатели п/п Ост.конц. Доза Влаж- Взвешен- Взвешен- Прозрач- Влаж pH pH полиЭХ- праесто- ность, ные ные веще- ность, % ност ГДМАа в ла, вещества, ства, ь, % % мг/дм3 мг/дм осадке, кг/т мг/дм3 сух.в-ва 1 0,9 7,5 6,27 98,3 12000 7 200 64 77, 2 0,75 7,0 6,27 98,2 11600 6,9 190 62 77, 3 0,64 6,5 6,25 98,2 13000 6,7 210 55 4 0,8 6,0 6,95 98,1 12500 6,8 220 50 76, 5 0,7 5,5 7,00 98,4 7600 7,3 120 53 76, 6 0,5 5,0 6,80 98,3 7900 7,4 140 55 7 0,4 4,5 7,15 98,3 8350 7,4 155 52 74, 8 0,8 4,0 7,13 98,2 8500 7,6 150 59 72, 9 1,6 3,5 7,18 98,1 11000 7,6 140 50 74, 10 0,7 3,0 7,15 98,2 8000 7,5 190 55 74, 11 0,9 2,5 7,23 98,1 10000 7,5 210 57 74, 12 1,2 2,0 7,25 98,5 11000 7,6 220 53 74, 13 1,4 1,5 7,54 98,9 10200 7,2 210 54 74, 14 0,9 1,0 7,75 98,7 9800 7,3 200 48 15 0,65 0,5 7,91 98,8 10000 7,1 270 42 74, 2.2.3 Статистический анализ аналитического контроля и расхода реагентов С целью подтверждения эффективности применения полиЭХГДМА на УМО нами была проведена обработка статистических данных по аналитическому контролю за состоянием осадка, фугата и кека до и после очистки по основным регулируемым показателям на узле механического обезвоживания стоков за один год, а именно:

а) pH (поступающих промышленных осадков с первичных радиальных от стойников (ПРО);

б) взвешенные вещества (количество взвешенных веществ в фугате, после обезвоживания);

в) влажность кека (после обезвоживания на деканторной центрифуге) (ри сунок 12).

Исследования по набору данных и их обработки проведены с момента заме ны реагента полиДАДМАХ на полиЭХГДМА в процессе отстаивания в первич ных радиальных отстойниках (ПРО), которая способствовала улучшению показа телей работы УМО и уменьшению расхода реагента Праестол, применяемого для процессов обезвоживания на данном этапе обработки осадков сточных вод.

а) pH б) Взвешенные вещества, мг/дм в) Влажность кека, % Рисунок 12 – Диаграммы среднесуточных показателей очистки УМО до (при входе на узел обезвоживания) и после (при выходе) в течении одного года.

Таким образом, установлено, что замены флокулянтов полиДАДМАХ на полиЭХГДМА показатели, характеризующие эффективность работы УМО и сте пень очистки сточных вод достигает нормативно установленных показателей (ри сунок 12) [101].

Кроме того, в период дозирования полиДАДМАХ расход праестола состав лял 6,5-7,5 кг/т сухого вещества, а в дальнейшем, при замене полиДАДМАХ на полиЭХГДМА, норма расхода флокулянта праестол в среднем составила 3,8-4, кг/т сухого вещества, следовательно, расходная норма праестола снизилась прак тически в два раза.

Статистический анализ среднемесячных показателей расходной нормы фло кулянта праестол до и после замены флокулянтов полиДАДМАХ на полиЭХГД МА представлен на рисунке 13.

Таким образом, использование полиЭХГДМА в качестве флокулянта на ста дии осветления промышленных стоков позволяет получить более плотную струк туру осадка, а остаточное содержание смолы в обезвоживаемом осадке позволяет повысить влагоотдающую способность на стадии механического обезвоживания осадка, тем самым сократить расход реагента праестол и удешевить процесс обез воживания.

полиДАДМАХ Расход реагента, кг/тн сух.в-ва полиЭХГДМА ль ль ь рь ь ь ль ль нь нь рь ай ай ь рь т т ст бр л л ар ар бр ра ра яб ре ре ию ию ию ию яб ва гу м м ка м м тя ав ев ев но ап ап нт ян де Месяцы, 2010-2011гг.

ок ф ф се Рисунок 13 – Динамика изменения среднемесячных показателей расхода реа гента «Праестол-853BS», ( при замене полиДАДМАХ на полиЭХГДМА).

2.3 Влияние полиЭХГДМА на биохимическую активность микроорганизмов Биологическая очистка смешанных сточных вод на БОС ОАО «БСК» осу ществляется на сооружениях I и II очереди (1 биология, 2 биология) [102].

Активный ил формируется под влиянием химического состава обрабаты ваемой сточной воды, растворенного в ней кислорода, температуры, рН и окисли тельно-восстановительного потенциала [103].

Патологические изменения активного ила могут вызвать:

набухание - увеличение объема активного ила при той же массе за 1) счет возрастания нитчатых (хламидобактерий, цианобактерий, гифомицетов).

всплывание – поднятие активного ила на поверхность отстойника.

2) эффективность работы отстойников (аналитический контроль) 3) влияние высокомолекулярных полимеров дозируемых в отстойники 4) для быстрого осаждения мелких взвесей токсическое загрязнение тяжелыми металлами 5) Различные химические вещества по-разному влияют на жизнедеятельность микроорганизмов, как следствие, на биологическую очистку сточных вод. В связи с этим, актуальным являлось выявление возможного влияния полиЭХГДМА на биохимическую активность микроорганизмов, входящих в состав консорциума, используемого в целях очистки сточных вод. Следует отметить, что большое ко личество вводимого коагулянта может привести к быстрому образованию и осаж дению хлопьев ила, а сильно уплотненный ил препятствует поступлению кисло рода и необходимых питательных веществ для микроорганизмов находящихся в нем. Это приводит к ухудшению состояния ила (снижается окислительная спо собность микроорганизмов и эффективность очистки), затрудняется перемеши вание ила и поэтому образуется скопление плотных сгустков, что приводит к ги бели ила от собственных метаболитов, всплыванию ила на поверхность и вынос взвешенных веществ в очищенные стоки [104].

Взаимодействие высокомолекулярных полимеров приводит к возникнове нию между отдельными клетками связующих мостиков и образованию сложной структуры хлопьев активного ила. Способность активного ила образовывать хо рошо оседающие хлопья — важнейшее его свойство, так как эффективность очи стки сточных вод в аэротенках, в значительной степени, зависит от последующего процесса отделения активного ила от очищенной воды [105].

Состояние ила характеризует иловый индекс, который представляет собой отношение объема осаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка (в граммах) после отстаивания в течение 30 минут, чем хуже оседает ил, тем бо лее высокий иловый индекс он имеет. Этот показатель растет при «вспухании»

активного ила. Биохимическая активность — способность активного ила к изъя тию и окислению органических примесей сточных вод, которую оценивают по скорости потребления кислорода и по содержанию в нем ферментов. В том и дру гом случаях результат относят к 1 г беззольного вещества активного ила [106].

Зольность активного ила колеблется в очень широких пределах — от 10 до 40%, для активного ила городских очистных станций она обычно составляет 25— 30%. В зольной части активного ила обнаруживаются все элементы, присущие клеткам организмов (Р, S, К, Na, Ca, Mg, Fe и т.д.). При биологической очистке жесткой воды в хлопке активного ила обнаруживается нерастворимый фосфат кальция, увеличивающий плотность хлопьев [107].

Нами проведены исследования, в лабораторных аэротенках, с нижним под водом воздуха, для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов и хороше го перемешивания активного ила со сточной водой. В качестве проб были исполь зованы сточные воды (осветленная часть) после взаимодействия с полиэлек тролитом, активный ил и 5%-й полиЭХГДМА (таблица 15). Испытания проведе ны в два этапа.

При микроскопировании активного ила до эксперимента установлено, что состояния ила хорошее, то есть хлопья ила крупные, компактные, имели структу ры средней плотности (1,1-1,3 г/см3) и размера (от 53 до 212 мкм), вода над илом прозрачная. Видовой состав простейших разнообразен, присутствовали инфузо рии Aspidisca, Litonotus, Colpоda steini коловратки Notommata ansata, саркодовые раковинные корненожки, в большом количестве бесцветно жгутиковые. Все орга низмы находились в активном состоянии.

Таблица 15 – Оценка воздействия остаточного полиЭХГДМА на активный ил 3 аэротенк 1 аэротенк 2 аэротенк Рабочие пробы (без полиЭХГДМА) I этап II этап I этап II этап I этап II этап Смешанные стоки, дм3 - - 2,0 2,0 2,8 2, Активный ил, дм3 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1, полиЭХГДМА, мг/дм3 0,04 0,08 0,08 0,24 - Проведено микробиологическое исследование активного ила (через 14 часов) в первом и во втором аэротенках. Установлено, что при дозе флокулянта от 0, мг/дм3 до 0,08 мг/дм3 (1 аэротенк) происходила флокуляция, хлопья ила уплотня лись и не просматривались при микроскопировании. При добавлении свежих стоков и активного ила, и увеличении дозы полиЭХГДМА до 0,24 мг/дм3 (2 аэ ротенок) флокуляция не произошла, при микроскопировании установлено, что состояние активного ила не ухудшилось, вода над илом прозрачная, а количест во и разновидность простейших остались такими же, как и до эксперимента.

После эксперимента проведен аналитический контроль состояния активного ила во всех аэротенках (таблица 16).

По результатам анализа показателей качества активного ила, выявлено, что:

— концентрация ила, равная 2- 4 г/дм3 для аэротенков такого типа является оп тимальной для всех трех образцов аэротенков;

иловый индекс составил 93,2 см3/г, что является нормальным (70120 см3/г) — для первого и третьего аэротенков, увеличение данного показателя во вто ром аэротенке (122,3 см3/г) связано с медленным оседанием активного ила и с увеличением дозируемого количества флокулянта;

— зольность, характеризующая содержание неорганических веществ в иле, также находится в пределах нормы (2540%) во всех образцах;

— влажность ила составляет от 99,3 до 99,6 %, что соответствует норме во всех трех образцах аэротенков.

Таблица 16 – Показатели качества активного ила № Анализируемые показатели 1 аэротенк 2 аэротенк 3 аэротенк Концентрация ила, г/дм 1 2,6 2,5 2, Иловый индеек, см3/г 2 93,2 122,3 93, Зольность, % 3 27 29 Влажность, % 4 99,6 99,3 99, Таким образом, установлено, что применение флокулянта поли ЭХГ-ДМА на стадии первичного отстаивания промышленных стоков не оказывает негатив ного влияния на биохимическую активность ила.

2.3.1 Исследование влияния флокулянта полиЭХГДМА на активный ил Проведены набор и обработка статистических данных по промышленному применению полиЭХГДМА в целях выявления воздействия его остаточной кон центрации (таблица 17) в стоках на биоценоз.

Активный ил только в флокулированном состоянии может обеспечивать высокие скорости окисления загрязняющих веществ, в отобранных пробах хлопки ила мелкие, раздробленные, оседающие под действием собственной тяжести, хо рошо флокулирующие. При введении флокулянта полиЭХГДМА происходит бы строе образование хлопьев и осаждение, в этой связи необходим контроль коли чества дозируемого флокулянта, чье избыточное количество может привести к скорейшему образованию и быстрому осаждению хлопьев ила. Уплотненный ил препятствует поступлению кислорода и необходимых питательных веществ для микроорганизмов, находящихся в нем, тем самым вызывает ухудшение состояния активного ила (снижается окислительная способность микроорганизмов и эффек тивность очистки). Перемешивание ила затрудняется и поэтому образуется скоп ление плотных хлопков, что приводит к гибели ила от собственных метаболитов (продуктов обмена), чем в дальнейшем обусловлено всплывание ила на поверх ность и выносу взвешенных веществ в очищенные стоки.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что при полном обнов лении стоков в нормальном состоянии активный ил сам обладает способностью коагулировать, за счет чего в результате взаимодействия частиц ила происходит его осаждение, при котором состояние ила остается работоспособным. Опти мальной считается структура ила с хлопьями плотностью в среднем 1,1-1,3 г/см3 и размером от 53 до 212 мкм, имеющая поверхность для быстрой сорбции загрязне ния, но в то же время ил не должен быть слишком тяжелым и уплотненным.

Таблица 17 – Оценка влияния остаточной концентрации полиЭХГДМА в сточ ных водах на состояние активного ила.

Концентрация полиЭХГДМА в сто ках, мг/дм3 Состояние активного ила № опыта До После Сме- Очи ПРО* ПРО* шан- щен ные ные стоки стоки 1 2 3 4 5 Состояние ила удовлетворительное присутст I вуют сидячие инфузории, свободноплавающие Не обн. Не обн. 0,22 Не обн.

инфузории. Видовой состав разнообразен, ко Не обн. Не обн. 0,28 Не обн.

личество простейших среднее. Хлопки ила Не обн. 0,22 Не обн.

3 0, средней плотности, компактные. Фауна: пре Не обн.

4 0,2 0,25 0, обладают инфузории Vorticella, Epistylis, сар Не обн. 0,44 Не обн.

5 0, кодовые Arcella, Euglypha, Centropyxis, и Не обн.

6 0,13 0,13 0, крупные амебы Centropyxis. Amoeba radiosa Не обн. Не обн. 0,6 Не обн.

Состояние ила удовлетворительное, но ухуд II шается. Уменьшился видовой состав, количе Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, ство и подвижность простейших, появились Не обн.

2 0,12 0,24 0, цисты показатели смены сброса сточных вод.

Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, Хлопки ила стали очень плотные, слабо про Не обн. Не обн.

4 0,28 0, сматриваемые в микроскоп, простейшие ока Не обн. Не обн.

5 0,28 0, зались в кольце активного ила. Вода над илом Не обн. Не обн.

6 0,13 0, имеет мелкую неоседающую взвесь.

Не обн. Не обн.

7 0,28 0, Фауна: преобладают инфузории Euglypha, Не обн. Не обн.

8 0,13 0, Carhesium, Epistylis, саркодовые Arcella, Cen Не обн. Не обн.

9 0,76 0, tropyxis, и крупные амебы limax, Centropyxis.

Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, Состояние ила удовлетворительное, но ухуд III шается. Уменьшился видовой состав, количе Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, ство и подвижность простейших, появились Не обн. Не обн. Не обн.

2 0, цисты показатели смены сброса сточных вод.

Не обн.

3 0,28 0,44 0, Хлопки ила стали очень плотные, слабо про Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, сматриваемые в микроскоп.

Не обн. Не обн.

5 0,44 0, Фауна: много бесцветно жгутиковых, мелких Не обн. Не обн.

6 0,28 0, амеб, свободнопловающих равноресничных Не обн.

7 0,28 0,13 0, инфузорий Litonotus, Trachelophyllum Chilo Не обн.

8 0,13 0,28 0, donella, в значительном количестве Aspidisca Не обн. Не обн.

9 0,13 0, costata, в молом количестве Opercularia, Vorti Не обн. Не обн.

10 0,28 0, cella microstoma Не обн.

11 0,13 0,13 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, 1 2 3 4 5 Состояние ила слабо нагруженное.

IV Хлопки ила плотные компактные слабо про Не обн.

1 0,13 0,13 0, сматриваемые, возможно всплывание ила.

Не обн. Не обн. Не обн.

2 0, Присутствуют цисты, простейшие окружены Не обн.

3 0,13 0,2 0, илом как в кольце, видовой состав единичный, Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, уменьшилось количество сидячих инфузорий, Не обн. Не обн.

5 0,13 0, коловраток, появились в большом количестве Не обн.

6 0,28 0,28 0, свободно плавающие инфузории показатели Не обн.

7 0,13 0,13 0, слабонагруженного ила, появились нематоды Не обн.

8 0,13 0,28 0, показатели плотного ила, в дальнейшем при Не обн. Не обн.

9 0,13 0, их увеличении может произойти всплывание.

Не обн. Не обн.

10 0,13 0, Фауна: появление значительного количества Не обн.

11 0,13 0,28 0, рганических веществ, что нарушает Не обн. Не обн.

12 0,13 0, нормальное существование фауны активного ила.аронних загрязнений, вода мутнеет, резкое умень Paramaecium caudatum, бесцветно жгу тиковых.

Слабонагруженное увеличилось количество V цист, простейшие слабо подвижные, умень Не обн. Не обн.

1 0,13 0, шилось количество простейших, частичную Не обн.

2 0,28 0,13 0, раздробленность ила можно объяснить увели Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, чением незначительного кислорода, уменьши Не обн.

4 0,13 0,28 0, лось количество нематод, свободноплавающих Не обн. Не обн.

5 0,12 0, инфузорий. Хлопки ила плотные, компактные Не обн. Не обн. Не обн.

6 0, частично слабо просматриваемые, но в 17, Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, аэротенке более раздробленные.

Не обн. Не обн. Не обн.

8 0, Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, Не обн. Не обн.

10 0,13 0, Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, Перегруженный простейшие в основном в VI цисто форме, видовой состав, количество еди Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, ничное, присутствуют нематоды, свободно Не обн. Не обн. Не обн.

2 0, плавающие инфузории. Присутствуют сапро Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, фитные грибы. Хлопки ила плотные, ком Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, пактные.

Не обн. Не обн. Не обн.

5 0, Преобладают виды бесцветных жгутиконос Не обн. Не обн. Не обн.

6 0, цев, много мелких амеб, инфузории многочис Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, ленны, в основном свободноплавающие рав Не обн. Не обн. Не обн.

8 0, норесничные (лионотус), в значительном ко Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, личестве может быть Aspidisca costata. Пере Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, трихи представлены немногими видами - Op Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, ercularia Vorticella microstoma.

Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, 1 2 3 4 5 Слабонагруженное видовой состав, количе VII ство единичное, присутствуют нематоды, сво Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, бодноплавающие инфузории.

Не обн. Не обн. Не обн.

2 0, Хлопки ила крупные, плотные, хорошо осе Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, дающие, но имеющие относительно неболь Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, шую поверхность. Ил оседает быстро. Вода Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

над илом прозрачная в связи с небольшим ко Не обн. Не обн. Не обн.

6 0, личеством свободных бактерий Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, Фауна: раковинные амебы Pamphagus, Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

Arcella, Centropyxis. Преобладают инфузорий Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

Vorticella nutans, V. Microstoma.

Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, Состояние ила хорошее.

VIII Отличается большим разнообразием простей Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, ших. Преобладающей группой являются сидя Не обн. Не обн. Не обн.

2 0, чие инфузории (Vorticella, Carchesium, Epi Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

stylis, Opercularia), в значительном разнообра Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

зии представлены саркодовые, особенно рако Не обн. Не обн. Не обн.

5 0, винные корненожки и крупные амебы. Все ор Не обн. Не обн.

6 0,26 0, ганизмы находятся в активном состоянии. От Не обн. Не обн.

7 0,27 0, сутствие свободных не связанных с иловыми Не обн. Не обн.

8 0,27 0, хлопьями, бактерий, которых полностью съе Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, дают простейшие. Вода над осевшим илом Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, прозрачная Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, Состояние ила слабо нагруженное. Хлопки IX ила плотные, компактные частично слабо про Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, сматриваемые. Вода над илом прозрачная в Не обн.

2 0,27 0,22 0, связи с небольшим количеством свободных Не обн. Не обн.

3 0,24 0, бактерий Не обн. Не обн.

4 0,27 0, Фауна: раковинные амебы Pamphagus, Не обн. Не обн. Не обн.

5 0, Arcella, Centropyxis. Преобладают инфузорий Не обн. Не обн. Не обн.

6 0, Vorticella nutans, V. Microstoma.

Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, Не обн. Не обн. Не обн.

8 0, Не обн. Не обн.

9 0,27 1, Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, Не обн. Не обн. Не обн.

11 1, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, 1 2 3 4 5 Состояние ила слабо нагруженное. Количество X простейших единичное, присутствуют нема Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, тоды, недостаток кислорода, коричневые уп Не обн.

2 0,46 0,41 0, лотнения из хлопочков ила бактерий. Хлопки Не обн.

3 0,17 0,13 0, ила плотные, компактные частично слабо про Не обн. Не обн.

4 0,13 1, сматриваемые.

Не обн. Не обн. Не обн.

5 1, Фауна: появление значительного количества Не обн. Не обн.

6 0,17 0, рганических веществ, что нарушает Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, нормальное существование фауны активного Не обн. Не обн. Не обн.

8 0, ила.аронних загрязнений, вода мутнеет, резкое Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, умень Paramaecium caudatum, бесцветно жгу Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, тиковых.

Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, Хлопки ила крупные, плотные, хорошо осе XI дающие, но имеющие относительно неболь Не обн. Не обн. Не обн.

1 0, шую поверхность. Ил оседает быстро.

Не обн. Не обн.

2 0,37 0, присутствуют все группы одноклеточных Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, хищников.

Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, Фауна: преобладают инфузории Vorticella, Не обн. Не обн. Не обн.

5 0, Carhesium, Epistylis, саркодовые Arcella, Eu Не обн. Не обн. Не обн.

6 0, glypha, Centropyxis, и крупные амебы limax, Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, Centropyxis Не обн. Не обн. Не обн.

8 0, Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, перегруженное, видовой состав, количество XII простейших единичное, присутствуют нема Не обн. Не обн.

1 0,17 0, тоды, недостаток кислорода, коричневые уп Не обн. Не обн. Не обн.

2 0, лотнения из хлопочков ила бактерий. Флоку Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, ляция ослаблена, структура ила с мелкими Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, рыхлыми хлопками - легко выносимыми за Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

пределы вторичных отстойников Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

Фауна: много бесцветно жгутиковых, мелких Не обн. Не обн. Не обн.

7 0, амеб, свободнопловающих равноресничных Не обн. Не обн. Не обн.

8 0, инфузорий Litonotus, Trachelophyllum Chilo Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, donella, в значительном количестве Aspidisca Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

costata, в малом количестве Opercularia, Vorti Не обн. Не обн. Не обн.

11 0, cella microstoma Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, 1 2 3 4 5 удовлетворительный, видовой состав разно XIII образный, количество простейших единичное, Не обн. Не обн.

1 0,6 0, присутствуют коричневые уплотнения из Не обн. Не обн.

2 0,17 1, хлопочков ила бактерий, водорослей, грибов.

Не обн. Не обн. Не обн.

3 0, Хлопья ила имеют структуру средней плотно Не обн. Не обн. Не обн.

4 0, сти, достаточно утяжеленные, вода прозрач Не обн. Не обн. Не обн.

5 0, ная.

Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

Фауна: преобладают инфузории Vorticella, Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

Carhesium, Epistylis, саркодовые Arcella, Eu Не обн. Не обн. Не обн. Не обн.

glypha, Centropyxis, и крупные амебы limax, Не обн. Не обн. Не обн.

9 0, Centropyxis Не обн. Не обн. Не обн.

10 0, Не обн. 0,27 Не обн.

11 0, Не обн. Не обн. Не обн.

12 0, * ПРО - первичные радиальные отстойники В результате анализа экспериментальных данных, выявлено, что патологи ческих изменений в активном иле не наблюдается, состояние ила в основном удовлетворительное. Остаточная концентрация полиЭХГДМА в первичных от стойниках и после нее находится в пределах нормы и не оказывает негативного влияния на жизнедеятельность микроорганизмов. Видовой состав простейших разнообразен: сопрафитные грибы, тионовые бактерии, кокковые бактерии зеле ные, диатомовые водоросли, клубочки нитчатых. Присутствуют простейшие – инфузории Vorticella, Aspidisca, Carchesium, Turicola, коловратки Cathypna luna присутствуют в циста форме, Rotatoria, Notommata ansata, в увеличенном количе стве простейшие организмы Zoogloea, мелкие бесцветно жгутиковые, большое количество механических скоплений.

Кроме того, установлено, что при дозе коагулянта от 0,04 мг/л до 0,08 мг/л происходила коагуляция, хлопья ила уплотнялись и не просматривались при мик роскопировании. При дозе коагулята не более 0,24 мг/л коагуляции не наблюда лось, состояние ила осталось удовлетворительным. После двух часов отстаивания всплытие ила не наблюдалось ни в одной емкости, прироста ила не происходило.

Таким образом, установлено, что доза флокулянта не оказывающая острого токсического воздействия составляет 0,24 мг/л.

2.4.2 Исследование структуры временных рядов показателей качества ила На фоне общих закономерностей биоценоз активного ила на каждом очист ном сооружении своеобразен и уникален по своей структуре и адаптационным свойствам, поскольку состав сточных вод и режим эксплуатации каждого кон кретного сооружения специфичен, а их конструкция относится к одному из не скольких определённых типов.

Таким образом, на формирование биоценоза, его структуру оказывают влияние проектные параметры, состав сточных вод и соблюдение технологиче ского режима эксплуатации очистных сооружений, где решающее значение имеет поддержание необходимого качества и количества активного ила, которые опре деляются такими показателями как доза ила, иловой индекс, зольность [107].

Также при индикаторной оценке процесса биологической очистки следует учитывать и сезонные изменения биоценоза ила.

Летний биоценоз активного ила при прочих равных условиях (состав сточ ных вод, режим эксплуатации сооружений) по видовому составу несколько богаче зимнего. Смена биоценоза по сезонам года происходит по закону гетерогенной сукцессии, однако, на крупных очистных сооружениях, в условиях горячего водо снабжения, сезонные изменения менее значительны.

Для очистки большинства городских сточных вод концентрация активного ила в аэротенке должна составлять 1,5 – 2,5 г/л, однако если вторичные отстой ники удовлетворительно работают при больших дозах, концентрация ила может быть увеличена при условиях сохранения нормальных нагрузок на ил.

Экспериментальные исследования выполнены на основе данных ежеднев ных химических анализов показателей качества активного ила, проводимых лабо раторией БОС ОАО «БСК» (период с 2007 – 2010гг.).

Согласно значениям концентрации (рисунок 14) активного ила в течении трехлетнего периода показатель дозы активного ила колеблется в пределах 0,96 4,98 по первой биологии, 0,85—3,98 по линии второй биологии. При использова нии полиЭХГДМА при очистке сточных вод значение дозы активного ила сильно не отличается, колеблется в пределах г/л.

1,5-3, Рисунок 14 – Динамика изменения показателя «концентрация ила»

Характер месячных изменений (рисунок 15) повторяется, они имеют почти один и тот же характер в каждом годовом периоде с явно выделенным пиком в первой биологии приходящийся на октябрь месяц, во второй биологии на ноябрь.

График трендовой составляющей указывает на ступенчатый характер поведения концентрации в первой и во второй биологии.

Рисунок 15 - Детерминированная составляющая показателя «концентрация ила»

Доза активного ила меняется по сезонам года (рисунок 16). Наивысшие концентрации в первой и второй биологии наблюдаются в осенне-зимние месяцы.

Повышение дозы ила в холодный период интенсифицирует процесс очистки и стабилизирует сложившийся биоценоз при возможных нарушениях условий экс плуатации сооружений (рисунок 15).

Рисунок 16 - Сезонные индексы показателя «концентрация ила»

Однако избыточно высокая доза активного ила осложняет работу вторич ных отстойников, увеличивает вынос с очищенной водой продуктов метаболизма микроорганизмов, снижает активность ила [108]. Сезонные минимумы приходят ся на летний период, в теплое летнее время преобладают процессы энергетиче ского обмена, тем самым прирост ила снижается.

Оценивая вклад каждой из компонент в изменчивость показателя «концентрация ила»(таблица 18), можно сделать вывод что наибольший вклад в изменчивость показателя «концентрация ила» вносится за счет случайных колебаний для первой (64%) и второй (71%) биологии.

Показателем качества активного ила является способность его к оседанию, оцениваемая значением илового индекса, представляющего собой объем активно го ила в миллилитрах после 30-минутного отстаивания, который относят к 1 г су хого вещества ила [108].

Глубоко минерализованный ил имеет индекс 60-90, нормальным считает ся иловый индекс 70-120, недостаточно хорошо работающий ил способен "вспу хать". В этом случае иловый индекс более 150-200.

В аэротенках с продленной аэрацией ил частично минерализуется, что зна чительно уменьшает прирост избыточного ила, такой ил является стабилизиро ванным (не загнивающим и не пахнущим при последующей его обработке на иловых площадках ).

При иловом индексе, составляющем более 100 см3/г активный ил занимает большой объём, становится лёгким, теряет хлопьевидную структуру, плохо оседа ет, не уплотняется и в большом количестве выносится из вторичных отстойников, ухудшая эффективность работы очистных сооружений.

Согласно значениям илового индекса в течении 5 лет (рисунок 17) показа тель колеблется в пределах 130-140 (по линии первой и второй биологии).

Рисунок 17- Динамика изменения показателя «иловый индекс»

Характер месячных изменений повторяется (рисунок 18), они имеют почти один и тот же характер в каждом годовом периоде с явно выделенным пиком в первой биологии (май месяц), во второй биологии (октябрь).

Рисунок 18–Детерминированная составляющая показателя «иловый индекс»

Показатель илового индекса подвержена сезонным колебаниям (рисунок 19). Ярко выделен пик 1 биологии в мае, минимум в июле. Во 2 биологии наблю даются в максимум-февраль, минимум – июль.

Рисунок 19 – Сезонные индексы показателя «иловый индекс»

Таким образом, оценивая вклад каждой из компонент (таблица 18), можно сделать вывод что наибольший вклад в изменчивость показателя «иловый индекс» вносится за счет случайных колебаний для первой (52%) и второй (67%) биологии.

При иловом индексе анализируемой смеси сточных вод менее 60 необходим анализ показателя - зольность ила. Зольность ила (выраженная в %) показывает содержание неорганических (минеральных) веществ в иле. Нормальной считается зольность 25-40%, если зольность выше 40%, то ил представляет собой не смесь микроорганизмов, а по сути, смесь механических примесей, если иловый индекс 60, а зольность при этом в нормируемом пределе 25-40%, то это не является на рушением режима.

Согласно значениям (рисунок 20) глубокая минерализация ила при зольно сти 30-40% и дозах ила выше 0,7 г/л является положительным фактором. При до зах ила менее 1 г/л и большим содержанием механических примесей в стоках, ак тивный ил (который адсорбирует на своей поверхности взвешенные вещества) может иметь большое количество взвешенных минеральных веществ и, соответ ственно, низкий иловый индекс (менее 40), что будет являться нарушением.

Рисунок 20- Динамика изменения показателя «зольность»

Характер месячных изменений повторяется (рисунок 21), они имеют почти один и тот же характер в каждом годовом периоде с явно выделенным пиком в первой биологии, приходящимся на май месяц, во второй биологии - на апрель.

Рисунок 21 –Детерминированная составляющая показателя «зольность»

Таким образом, показатель зольности подвержен сезонным колебаниям (ри сунок 22), ярко выделен пик первой биологии в мае, минимум в июле, во второй биологии максимум приходится на декабрь, минимум на июнь.

Рисунок 22 – Сезонные индексы показателя «зольность»

Таким образом, при мониторинге состояние активного ила (до и после сброса сточных вод) вклад случайной компоненты в изменчивость показателей качества активного ила (таблица 18) значителен и составляет в среднем 59,4% для 1 био логии и 66,4% для 2 биологии. Вклад сезонной для 1,2-й биологии колеблется в пределах 25-26,8% соответственно, вклад тенденции же для всех показателей не велик 15,4- 6,8% для 1,2-й биологии.

Таблица 18 – Вклады компонент контролируемых показателей по результатам исследований состояния активного ила в 1 и 2-ой биологии.

Мониторинг состояния активного ила (с 2007- по 2011 гг.) Вклад компоненты, % Показатель Тенденция Сезонная Случайная 1 биоло- 2 биоло- 1 биоло- 2 биоло- 1 биоло- 2 биоло гия гия гия гия гия гия 1 2 3 4 5 6 Иловый 20 12 28 21 52 индекс Концентрация ила 15 5 21 24 64 Зольность 10 4 22 32 67 Среднее 15,4 6,8 25 26,8 59,4 66, значение 2.4 Мониторинг состояния водного объекта р. Белая в районе г.Стерлитамак Традиционно в течение многих лет процесс формирования речного стока, обуславливающий закономерности его многолетних колебаний и сезонного хода, рассматривался как результат действия большого числа факторов, что определяло преимущественно стохастический подход к изучению этих закономерностей [109]. Однако результаты недавних исследований [110] свидетельствуют о при сутствии детерминированного хаоса в многолетних рядах стока рек, протекающих в разных районах мира с сильно различающимися природными условиями. Эти результаты обогащают существующие представления о механизмах формирова ния стока (детерминированных или стохастических) и могут быть использованы на практике при решении задач интерполяции и экстраполяции времен ных гидрологических рядов, а также пределов их предсказуемости во времени.


Рядом исследователей [111] установлено, что показатели качества воды природ ных водоисточников имеют случайную, сезонную и трендовую составляющие, которые выявляются с помощью анализа временных рядов. Для определения этих составляющих были сформированы последовательности, представляющие собой временные ряды. Каждая последовательность состояла из 204 значений и имела строгие временные границы – по 12 значений в год.

Основную техногенную нагрузку на состояние поверхностных вод города Стерлитамак оказывают промышленные предприятия [112]. Наиболее напряжен ная ситуация складывается на участке реки Белой ниже г. Стерлитамак. В целях контроля за экологическим состоянием р. Белой в течение всего периода малово дья и до настоящего времени ведутся наблюдения по основным загрязнениям:

хлоридам, сульфатам, нефтепродуктам и аммоний-иону. Значительных превыше ний предельно-допустимых концентраций для водных объектов рыбохозяйствен ного значения не было выявлено, при этом превышение фоновых показателей по хлоридам были значительными и достигали 20 и более кратных значений ПДКр.х [113].

Технология очистки сточных вод, предусмотренная проектами на большин стве очистных сооружений г. Стерлитамак, уже не отвечает современным требова ниям «Правил охраны поверхностных вод». На очистных сооружениях проектами предусматривается преимущественно механическая, физико «грубая» химическая, в лучшем случае - обычная биологическая очистка и лишь крайне редко-глубокая доочистка. Поэтому, в условиях работы в проектном режиме, они достигают очистки по БПКполн максимум 10-20 мгО2/л, и весь объем очищенных сточных вод не может быть отнесен к категории «нормативно очищенных» [114].

Основными причинами неэффективной работы очистных сооружений являются:

перегрузки по расходу сточных вод, отсутствие или недостаточность локальных очистных сооружений в цехах, отсутствие системы доочистки сточных вод, несоот ветствие технологии очистки составу подаваемых сточных вод [115].

На биологических очистных сооружениях ОАО «БСК» очистке подвергаются сточные воды промышленных предприятий и жилищно-коммунальные стоки, при этом выпуск сточных вод расположен на правом берегу реки Белая. Площадка очистных сооружений расположена в черте города и имеет полный цикл механи ческой и биологической очистки сточных вод. Проектная мощность – 157 981, м3/сутки, а фактическая –91 573,87 м3/сутки [116].

В ходе исследований нами определялись динамические свойства многолет ней изменчивости стока р. Белая и оценка качества очистки сточных вод БОС ОАО «БСК», сбрасываемых в нее.

2.4.1 Мониторинг качества воды р.Белая до и после БОС за 2005-2010 гг Для речной воды характерна изменчивость состава воды во времени. Коли чественный и качественный состав примесей, находящихся в водах рек, зависит от метеорологических условий и подвержен сезонным колебаниям. Так, в весен ний паводковый период в речной воде заметно снижается количество растворен ных солей, в то же время значительно повышается количество взвешенных ве ществ. В летний период происходит интенсивный рост водной растительности, что приводит к резкому повышению цветности воды. В зимний период, при пита нии поверхностного водоема подземными водами, солесодержание воды в водо емах может возрастать [116].

Нами изучена корреляционная зависимость изменения показателей качества воды до и после сброса очищенных сточных вод в р. Белая.

Мониторинг состояния качества воды р. Белая до и после сброса очищен ных сточных вод с БОС ОАО «БСК» осуществлен по следующим загрязняющим веществам: хлориды, сульфаты, аммонийный ион, нефтепродукты, фенолы, рас творенный кислород, взвешенные вещества, сухой остаток, нитриты, нитраты и показателям pH, ХПК, БПК-5, БПК-20 в период с 2005 по 2010 гг.

Исследования выполнены на основе анализа среднемесячных показателей, с общим числом 14 значений в год в течении 6 лет. Была проведена свертка указанно го временного периода к “гипотетическому” году, который, по сути, является моде лью годового цикла водоисточника.

Произведена оценка вклада тренда, сезонной и случайной составляющей в общую изменчивость показателей. Сезонная декомпозиция временных рядов по казателей проведена по аддитивной модели, в качестве тренд–циклических ком понент рассмотрены ступенчатые функции среднегодовых значений.

2.4.2 Изучение корреляционной зависимости изменения показателей качест ва воды до и после сброса очищенных сточных вод в р. Белая Выявление во временных рядах наличия или отсутствия циклической (се зонной) составляющей определяется расчетом автокорреляционных коэффициен тов по уравнению 10 [117].

n y1 ) ( y t k y 2 ) (y t t = k + rk =, (10) n n ( y t y1 ) 2 y2 ) ( y t k t = k +1 t = k + где k – число периодов, по которым рассчитывается коэффициент автокор реляции, лаг;

t=1,…, n – количество элементов временного ряда;

n n yt yt k y1 = t = k +1 ;

y 2 = t = k +1.

nk nk При наличии во временном ряду циклических колебаний значения каждого последующего уровня зависят от предыдущих. Автокорреляционная функция (АКФ) временных рядов вычислена по формуле 10 для лагов k = 1…72.

Полученные данные позволяют разбить содержание ранее указанных при месей в воде на три группы.

К первой группе показателей относятся pH, хлориды (рисунок 23), ХПК, аммонийный ион, нефтепродукты, фенолы, растворенный кислород. Для них ха рактерны наиболее высокие коэффициенты корреляции при k = 1 (таблица 19), что свидетельствует о наличии циклических (сезонных) колебаний временных ря дов.

А) до БОС Б) после БОС Рисунок 23 – Автокорреляционная функция временного ряда показателя «Хлорид-анион» до и после БОС за 2005-2010гг.

Вторая группа показателей включает сульфаты, БПК5,20, взвешенные веще ства, сухой остаток и нитрат-анионы, здесь можно говорить также о наличие тен денции временных рядов. К третьей группе относятся лишь нитрит-анионы. У этого показателя коэффициент корреляции оценивается как «умеренная», что свидетельствует об отсутствии какой-либо циклической зависимости.

Таблица 19 - Автокорреляционные коэффициенты показателей № Показатели Значение ко- Оценка корреляции эффициента весьма высокая 1 pH 0, Хлорид-анион весьма высокая 2 0, Сульфат-анион высокая 3 0, ХПК весьма высокая 4 0, БПК-5 высокая 5 0, БПК-20 высокая 6 0, Аммонийный ион весьма высокая 7 0, Нефтепродукты весьма высокая 8 0, Фенолы весьма высокая 9 0, Растворенный кислород весьма высокая 10 0, Взвешенные вещества высокая 11 0, Сухой остаток высокая 12 0, Нитрит-анион Умеренная 13 0, Нитрат-анион Высокая 14 0, 2.4.3 Исследование структуры временных рядов показателей качества р.Белая Временные ряды исследованы по 14 показателям, характеризующим состояние водного объекта. Нами проведен статистический анализ, позволяющий выявить и использовать установленные закономерности для оценки характери стик процесса в будущем, т.е. для прогнозирования [118].

Рассмотрим один из показателей, характеризующий содержание хлорид ионов в воде, до и после сброса в период с 2005 по 2010гг.

Концентрация хлоридов в речной воде подвержена заметным сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации воды. По общему содержанию хлоридов в речной воде за 6 лет наблюдается тенденция к увеличению (рис. 24-а). Минимальная концентрация хлоридов до сброса стоков составляет – 66 мг/л, максимальное - 307 мг/л и после сброса очищенных стоков min-119 мг/л, max-337 мг/л. Допустимая концентрация хлоридов - 300 мг/л, следовательно, после сброса очищенных сточных вод в реке белая возможны превышения по данному показателю.

Характер месячных изменений повторяется, они имеют почти один и тот же характер в каждом годовом периоде с явно выделенным пиком в сентябре месяце (рис. 24-б). Амплитуда сезонных изменений увеличивается вместе с трендом.

График трендовой составляющей (рис.24-в) указывает на постепенное увеличение концентрации хлоридов в реке после сброса очищенных сточных вод. Сезонные изменения концентрации хлоридов в годичном цикле, выражены четко (рис.24-г), наиболее высокие значения типичны для осеннего периода (сентябрь), далее содержание резко падает и достигает минимума либо зимой в январе месяце, либо весной в марте. Уменьшение концентрации хлорид-ионов весной связано с половодьем, а увеличение в осенний период вероятно с осенними паводками.

Показатель случайной составляющей (рис.24-д) временного ряда хлоридов до и после сбросов сточных вод меняется хаотично, явно выраженный пик слу чайной компоненты в апреле 2006г способствовало резкому повышению концен трации сульфатов в воде, обусловленный влиянием случайных факторов. Вызвали резкое понижение концентрации нитритов в воде до сброса случайные факторы июль, октябрь-2009, после сброса стоков январь, апрель-2010гг.

Определение вкладов тренда, сезонной и случайной компонент на показатель хлорид-ион за период 2005-2010 гг. показало (таблица 19), что наибольший вклад до и после сброса стоков вносится за счет тренда (62 и 72% соответственно). Вклад сезонной компоненты не велик и (16 14 % соответственно). Вклад случайности составляет 22 и 14 % соответственно.

А) а) Б) В) Г) Д) Е) Рисунок 24 – Графики временного ряда показателя хлорид-ионов в речной воде: а) значения параметра, б) детерминированная составляющая, в) трендовая составляющая, г) сезонная составляющая, д) случайная составляющая;


е) оценка вклада каждой из компонент В таблице 19 представлены результаты, полученные расчетным путем, по вкладам компонентов контролируемых показателей реки Белая до сброса сточных вод очистных сооружений ОАО «БСК» и после нее с 2005-2010гг.

Таблица 19 – Вклады компонент контролируемых показателей по результатам исследований реки Белая до сброса сточных вод очистных сооружений ОАО «БСК» и после нее.

Результаты мониторинга среднемесячных значений показателей (2005- гг.) № Вклад компоненты, % Показатель п/п Тенденция Сезонная Случайная до после до после до после 1 pH 11 15 53 56 36 Хлорид-анион 2 62 72 16 14 22 Сульфат-анион 3 26 61 9 4 66 ХПК 4 50 75 28 15 22 БПК- 5 11 34 9 7 80 БПК- 6 45 44 10 9 45 Аммонийный 7 33 62 16 10 51 ион Нефтепродукты 8 78 80 9 8 13 Фенолы 9 70 89 10 4 19 Растворенный 10 30 47 24 18 45 кислород Взвешенные 11 12 32 38 27 50 вещества Сухой остаток 12 43 64 19 12 38 Нитрит-анион 13 23 48 8 13 69 Нитрат-анион 14 8 34 30 20 62 35,8 54,07 19,9 15,5 44,1 30, Среднее значение 2.4.4 Прогнозирование загрязнения р.Белая с использованием математиче ского моделирования Целью следующего этапа исследований была разработка математической модели в виде уравнения, описывающего процесс формирования загрязнения водного объекта в определенный период времени (реки Белая).

Построение зависимости процесса загрязнения водного объекта от несколь ких факторов производили с применением программного обеспечения Microsoft Office Excel [119], ограничившись для упрощения задачи оптимизации линейной моделью. В качестве входящих параметров были установлены: концентрация ана лизируемого показателя в реке до сброса сточных вод в р.Белая, расчетные коэф фициенты. Полученное уравнение регрессии может быть использовано для про гнозирования, оптимизации процесса или управления им [120].

После исключения незначимых коэффициентов получили уравнение рег рессии (11):

Y = a + b1·X1 + b2·X2 +... + bp·Xp (11) в нашем случае Y зависит только от 1 параметра, поэтому общий вид формулы:

Y = a + b1·X1 (12) где Y -расчетное прогнозируемое значение концентраций после очистки;

X1 – значение концентрации компонента до очистки;

a–коэффициент;

b –коэффициент;

Таблица 20 – Коэффициенты уравнений регрессии, адекватность моделей.

№ Анализируемые Коэффициент - а Коэффициент – b1 Адекватность п/ показатели модели, % п 1 2 3 4 1 pH 0,224130169 0,987789993 Хлорид-анион 2 70,21462 0,863611 Сульфат-анион 3 2,78434 1,091963 ХПК 4 0,968912 1,081911 БПК- 5 0,662714 0,88097 БПК- 6 0,553543 0,915541 Аммонийный ион 7 -0,0067 1,368496 1 2 3 4 Нефтепродукты 8 0,006306 1,042048 Фенолы 9 0,00014 1,643934 Растворенный O 10 0,1037 0,984794 Взвешенные в-ва 11 0,788393 1,014289 Сухой остаток 12 223,9282 0,740715 Нитрит-анион 13 0,034798 0,746243 Нитрат-анион 14 0,589962 0,994644 Рисунок 25 - Экспериментальные и прогнозируемые значения показателей каче ства речной воды (на примере показателя - хлоридов) Адекватность полученного уравнения проводилась с использованием крите рия Фишера [121-124]. Опытные (экспериментальные) и расчетные (прогнозируе мые) значения концентраций анализируемых показателей (на примере одного по казателя - хлоридов) представлены в таблице 21 и на рисунке 25.

Таким образом, получены уравнения регрессии для каждого показателя временных рядов, совокупность которых представляет собой математическую модель, с помощью которой возможно прогнозировать состояние водного объекта в будущем. На основании полученного уравнения регрессии было установлено, что на формирование концентраций в реке Белая влияет исключительно концен трация веществ до сброса (Х1). Была подтверждена возможность использования разработанной модели для прогнозирования процесса загрязнения водного объек та на данный момент и в отдаленные периоды для урегулирования процесса очи стки сточных вод перед сбросом в водоем р.Белая.

Таблица 21 - Опытные и расчетные значения показателя хлоридов в течении од ного года Дата Концентрация Экспериментальное Прогнозируемое хлоридов, значение концентра- значение концен мг/дм3 ции хлоридов, мг/дм3 трации хлори дов(Y)мг/дм до очистки(X1) Январь 2005 73,80 120,80 133, Февраль 2005 79,20 133,70 138, Март 2005 45,70 113,60 109, Апрель 2005 69,10 117,20 129, Май 2005 80,80 146,90 139, Июнь 2005 92,50 163,20 150, Июль 2005 85,40 127,30 143, Август 2005 76,00 135,50 135, Сентябрь 2005 66,30 117,10 127, Октябрь 2005 57,80 86,00 120, Ноябрь 2005 68,80 106,20 129, Декабрь 2005 54,80 89,20 117, С целью оценки эффективности работы биологических очистных сооруже ний г. Стерлитамак нами проведен анализ качества речной воды до и после сброса сточных вод в р. Белая. В рамках проведенного исследования нами рассмотрено изменение основных характеристик речной воды на протяжении 6 лет. Для иссле дования изменчивости показателей качества воды до и после сброса стоков в р.

Белая в створе г.Стерлитамак использован метод анализа временных рядов [125].

В таблице 18 представлены вклады компонент контролируемых показателей по результатам исследований реки Белая до и после сброса сточных вод очистных сооружений. Проведенный мониторинг с помощью статистической обработки данных, позволил выявить увеличение тренд-циклической компоненты времен ных рядов после сброса сточных вод в створах воды р. Белая за последние годы, что говорит о наличии постоянного источника загрязнения воды и увеличении его влияния. Для всех показателей средняя тенденция до сброса составляет 35,8 %, после сброса тенденция - 54,07 %. Также выявлено преобладание сезонной ком поненты, по сравнению с тренд-циклической вклад сезонной до и после сброса невелик (19,8 и 15,5 %) соответственно. Однако, наибольший вклад в изменчи вость всех показателей до сброса в р.Белая вносит случайная компонента (44, %), после сброса стоков составляет (30,3 %), значительный вклад случайной ве личины в изменчивость показателей качества воды предполагает возможность «проскока» загрязнений в очищенную воду. Таким образом, результаты, получен ные при исследовании показателей качества воды реки Белой до и после сброса очищенных сточных вод биологических очистных сооружений в створе г. Стер литамак, могут являться основой для повышения эффективности очистки сточных вод на очистных сооружениях ОАО «БСК».

ГЛАВА III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Методика экспериментов по синтезу полиэлектролита на основе эпихлор гидрина и диметиламина В целях определения оптимальных условий эксперименты проводились с изменением следующих параметров: температура реакции, порядок введения реа гентов ЭХГ и ДМА в реакцию, время проведения реакции. По окончании синтеза полиЭХГ-ДМА анализ реакционной массы проводили на содержание хлор-иона, остаточного ДМА и примесей, вязкость, плотность и концентрация полученного полимера.

В 4-х горлую колбу (рисунок 26), снабженную механической мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой загружали расчет ное количество компонентов в следующем порядке введения сырьевых компонен тов: 1) ДМА к ЭХГ;

2) ЭХГ к ДМА.

Рисунок 26- Лабораторная установка синтеза полиэлектролита ЭХГДМА:

1 – четырехгорлая колба;

2- регулируемая электроплитка с водяной баней;

3 электрическая мешалка со шлифом;

4-термометр;

5- обратный холодильник;

6 – отверстие дозировки исходных продуктов;

7 – резиновое уплотнительное кольцо;

8 – электромотор;

Синтез полиэлектролита на основе эпихлоргидрина и диметиламина осу ществляется при различном введении исходных реагентов, заключающемся в том, что 24,3% и 33%-й водный раствор диметиламина нагревают до 40-49 0С и при этой температуре дозируют эпихлоргидрин в мольном соотношении 1:1 в течении 3 часов, либо к нагретому до 40-490С эпихлоргидрину дозируют 24,3 %, 33-% водный раствор диметиламина, после чего реакционную массу выдержива ем при 600С, 700С, 800С в течении 1,5-2 часов. Время выдержки определяется ре зультатами анализов на содержание хлор иона и вязкости.

3.2 Методика расчета загрузки реагентов ЭХГ и ДМА в процессе синтеза 1. Расчет загрузки раствора диметиламина:

V1 =(VP • pk/ 2) • (МДМА / MK-15) • (100% / (1 • 1))=94,02 / (1• 1) (13) где:

V1 -объем загружаемого раствора ДМА, м Vp - объем загрузки реактора, равный 5,04 м рk - средняя плотность "полиЭХГДМА", равная 1,14 г/см МДМА - молекулярная масса ДМА, равная 45 г /моль Мk 15 - молекулярная масса одного элементарного звена полиЭХГДМА, равная 137,5 г/моль 1 - массовая доля ДМА в растворе, % 1 - плотность раствора ДМА с заданной массовой долей, г/см 2. Расчет загрузки эпихлоргидрина:

V2 = (VP • pk / 2) • (Мэхг / MK-15) • (100% / (2 • 2)) = 163,6419 / 2 (14) где:

V2 -объем загружаемого ЭХГ, м Мэхг- молекулярная масса ЭХГ, равная 92, 2 - массовая доля ЭХГ, % 2 -плотность ЭХГ, равная 1,181 г/см 3.Расчет загрузки воды:

V3 = VP – V1 – V2 = 5,040 – V1 – V2 (15) где V3-объем загружаемой воды, м По окончании синтеза полиэлектролита ЭХГДМА проводили следующие виды анализов:

1) определение внешнего вида и цвета;

2) определение массовой доли активного вещества;

3) определение динамической вязкости.

4) определение водородного показателя;

5) определение массовой доли примесей.

Общие указания по проведению анализов по ГОСТ 27025-86. Допускается применение других средств измерений с метрологическими характеристиками и оборудования с техническими характеристиками не хуже, а также реактивов по качеству не ниже указанных в настоящих технических условиях [15].

1) Определение внешнего вида и цвета.

Внешний вид полиЭХГДМА определяют визуально путём просмотра в про ходящем свете в пробирке П 1-16-160, П 2-21-150 по ГОСТ 25336-82.

2) Определение массовой доли активного вещества.

Массовая доля основного вещества определяется методом титрования.

Около 1,0 г пробы, взвешенной с точностью до 4 знака, помещают в кони ческую колбу для титрования, растворяют в 100 см дистиллированной воды, при бавляют 1-2 капли индикатора бромфенолового синего и нейтрализуют раствором азотной кислоты до перехода окраски раствора от синей до жёлтой, затем добав ляют 1 см3 избытка раствора азотной кислоты. Добавляют 3-5 капель индикатора дифенилкарбазона и титруют раствором азотнокислой ртути до перехода окраски раствора от жёлтой до сине-фиолетовой. Параллельно в этих же условиях выпол няют «холостой опыт» с 100 см3 дистиллированной воды.

Обработку результатов измерения массовой доли активного вещества в по лиэлектролите (полиЭХГДМА) в % следует выполнять по формуле:

X=((V-V1)·K·0.00355·10·3.87)/m;

(16) где V - объём раствора азотнокислой ртути с молярной концентрацией 0, моль/дм, пошедший на титрование пробы, см3;

V1 - объём раствора азотнокислой ртути, молярной концентрации 0, моль/дм3 пошедший на титрование «холостой» пробы, с3;

К - поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора азотнокислой ртути С (1 /2Hg(NO3)2 )= 0,1 моль/дм3;

0,00355 - масса хлоридов, соответствующая 1см3 раствора азотнокислой рту ти молярной концентрации С (1/2Hg(NO3)2 )= 0,1 моль/дм, m - масса пробы, взятой для анализа, г;

3,87 - коэффициент пересчета хлоридов на полиЭХГДМА.

За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, расхождение между которыми не превышает ±1 %.

3) Определение динамической вязкости.

Вискозиметр капиллярный стеклянный по ГОСТ 10028-81 типа ВПЖ-2 с внутренним диаметром капилляра от 1 до 2 мм, пипетка 1-2-10 по ГОСТ 29169-91, секундомер СДС по ТУ 25-1819.0021 -90, термостат из прозрачного материала с термостатирующей жидкостью, обеспечивающий температуру (25 ± 0,1) °С, тер мостат снабжается приспособлением для установки вискозиметра, контрольного термометра и мешалки, типа ТЛ-4, бихромат калия К2Сг207 по ГОСТ 4220-75 на сыщенный водный раствор, кислота серная по ГОСТ 4204-77, ч.д.а., 93%- ный раствор, вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Чистый сухой вискозиметр заполняют 10 мл полиЭХГДМА. После 15 ми нутного термостатирования вискозиметра с испытуемой пробой определяют вре мя истечения продукта. После измерения времени истечения раствора полиЭХ ГДМА вискозиметр необходимо промыть несколько раз дистиллированной водой и высушить.

Динамическую вязкость раствора полиЭХГДМА в сП вычисляют по фор муле:

=К·р·t, (17) где К- постоянная вискозиметра по паспорту, р - плотность полиЭХГДМА, г/с3, определяемая по ГОСТ 18995.1-73;

t - время истечения продукта, с.

За результат анализа принимают среднее арифметическое трех определений, расхождение между которыми не превышает ± 1сП.

4) Определение водородного показателя Определение рН проводят на лабораторном иономере И-160МИ по инст рукции, прилагаемой к прибору. Можно использовать другой прибор, где пределы измерения рН (0....14) предел допускаемой погрешности ±0,014 рН. За результат анализа принимают среднее арифметическое двух определений, расхождение ме жду которыми не превышает ± 0,3 %.

5) Определение массовой доли примесей (эпихлоргидрина. 13-дихлор-2-пропанола, 2,3-дихлор-1 –пропанола).

Эпихлоргидрин, 1,3-дихлор-2-пропанол, 2,3-дихлор-1 пропанол экстрагируют из полимера с помощью третбутилметилового эфира и анализируют с помощью газо-жидкостной хроматографии. Для анализа исполь зуют следующие средства измерений, реактивы, вспомогательные устройства и материалы: хроматограф лабораторный серии «Цвет» с пламенно-ионизационным детектором с чувствительностью не ниже 210-8А;

компьютер с IBM PS с принте ром. Колонка металлическая (1к=3м, dвн=3мм) по ТУ 25.05.2815-82;

неподвижная жидкая фаза: силиконовый каучук СКТ ФТ-50 X по ВТУ № 3-95-78, силиконовый каучук Е-30Т производства BERLIN или готовый сорбент 5% на диатоните А фракции (0,25-0.30) мм;

твёрдый носитель-хроматон N А.W (фирма “Лахема” ЧССР) с частицами размером (0,200-0,316) мм;

азот по ГОСТ 9293-74;

водород по ГОСТ 3022-80, марки А;

воздух по ГОСТ 17433-80, кл.7;

весы лабораторные 2 кл.

точности типов ВЛР-200 г по ГОСТ 24304-2001;

весы лабораторные общего на значения, 4 кл. точности с наибольшим пределом взвешивания 500 грамм по ГОСТ 24104-2001;

набор граммовых гирь Г-2-210. ГОСТ 7328-2001, 2 кл. точно сти;

ацетон, по ГОСТ 2603-79, растворитель СКТ ФТ-50Х;

хлороформ по ГОСТ 20015-88;

1,3-дихлор-2-пропанол,,3-дихдор-1-пропанол с массовой долей основ ного вещества не менее 98%;

эпихлоргидрин по ГОСТ 12844-74 (ЭХГ);

этиловый (серный) эфир по ТУ 7506804-97-90;

спирт этиловый по ГОСТ 18300-87;

насос механический вакуумный типа ВН-494, используемый для набивки хроматогра фических колонок;

баня водяная лабораторная, ТУ 64-1-2850-80;

сита с прово лочными сетками по ГОСТ 6613-86;

стекловолокно ТСФ/6А/6П, ГОСТ 10146-74;

чашка выпарительная фарфоровая, ГОСТ 29225-91.

В пенициллиновую склянку помещают в равных объемах пробы "полиЭХ ГДМА" и экстрагента - серного эфира. Склянку зажимают в струбцину. Смесь тщательно встряхивают в течение одной минуты и дают отстояться одну минуты.

Отбор пробы ведут через резиновую прокладку из верхнего слоя экстрагента.

Отобранную пробу вводят в испаритель хроматографа.

Выписывают не менее двух хроматограмм (рисунок 27) каждой пробы и рассчи тывают площади полученных пиков.

Обработку результатов измерений массовой концентрации (Xi) i- компонента в полиэлектролите ЭХГДМА следует выполнять по формуле:

Xi= Si · Ki, мг/кг, (18) где: Хi-массовая концентрация i-го компонента. мг/кг;

Si - площадь i-го компонента, мм2;

Ki - градуировочный коэффициент i-компонента. мг/кг·мм2.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух па раллельных определений. Степень округления результатов измерений примесей – 1,0 мг/кг. Степень округления результата параллельных измерений примесей 0, мг/кг. Допустимая относительная погрешность измерения массовой концентрации примесей ± 20 % при доверительной вероятности Р = 0,95.

3.3 Методика проведения ИК-спектральных исследований образцов поли ЭХГДМА Метод инфракрасной спектроскопии является универсальным физико химическим методом, который применяется в исследовании структурных особен ностей различных органических и неорганических соединений. Метод основан на явлении поглощения группами атомов испытуемого объекта электромагнитных излучений в инфракрасном диапазоне. Поглощение связано с возбуждением мо лекулярных колебаний квантами инфракрасного света. При облучении молекулы инфракрасным излучением поглощаются только те кванты, частоты которых со ответствуют частотам валентных, деформационных и вибрационных колебаний молекул [126].

Число характеристических полос поглощения атомных групп, их интенсив ность и положение максимумов, наблюдаемых на инфракрасных спектрах, дают представление о строении индивидуального соединения или о компонентном со ставе сложных веществ. Интенсивность полосы поглощения определяется вели чиной, численно равной энергии, которую поглощают атомные или функцио нальные группы образца при прохождении через них инфракрасных лучей. Важ ным диагностическим показателем полос поглощения является величина пропус кания. Данный показатель и концентрация вещества в снимаемом объекте связа ны обратной пропорциональной зависимостью, что используется для количест венных определений содержания отдельных компонентов [127].

На основе результатов инфракрасной спектроскопии можно разработать химически надежный, воспроизводимый, допускающий стандартизацию метод анализа водных систем. В этом отношении определенные преимущества пред ставляет инфракрасная спектрооскопия низкого разрешения, которая позволяет по флуктуации коэффициентов пропускания определить степень влияния, присутст вующих в исследуемой системе веществ на структурную организацию водной ос новы растворов и биологических жидкостей [128].

Образцы полиэлектролита изучены методом ИК спектроскопии на приборе Nicolet 6700 (рисунок 28 ) фирмы «Thermo Electron Corporation» (США) с помо щью приставки Smart Orbit в области 400-4000 см-1. Динамическая настройка ин терферометра в автоматическом режиме при помощи программного обеспечения, благодаря чему достигается высокая стабильность работы спектрометра и высо кое качество результатов.

Спектральный диапазон: 7800 - 350 см-1;

Максимальное спектральное разрешение: 0,4 см-1.

В виду того, что образцы представляют собой водные растворы,в ИК спектрах присутствуют достаточно широкие полосы поглощения валентных и де формационных колебаний связи О-Н (область 3200-3400 см-1,2097 см-1, 1633 см-1).

Условия снятия ИК-спектров:

• Число сканов пробы: • Число сканов сравнения: • Разрешение: 4, • Усиление: 8, • Скорость зеркала: 0, • Диафрагма: 100, • Детектор: DTGS KBr • Светоделитель: KBr • Источник: ИК При 1109 см-1 присутствуют полосы валентных колебаний, связанные с груп пой С-О-Н, вызванные с участием этой группы в скелетных колебаниях. Полоса поглощения при 1478 см-1 относится к деформационному колебанию связи С-Н в метиленовой группе СН2. Далее образец №2 был выдержан в течение 3ч в су шильном шкафу при 100С и проанализирован на ИК-Фурье спектрометре. В ИК спектрах образца после высушивания также присутствуют частоты поглощения, характерные для групп О-Н (3200-3400 см-1, 2108 см-1, 1636 см-1), С-О-Н (1096 см ), СН2 (1470 см-1). Появление полосы поглощения при 1376 см-1 связано с дефор мационными колебаниями метильной группы СН3.

3.4 Методика экспериментов по флокуляции сточных вод полиЭХГДМА Основным методом проведенных экспериментов является метод пробного флокулирования промышленных вод [129] с целью выявления наилучшего флоку лянта для интенсификации процесса осаждения в первичных радиальных отстой никах.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.