ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Очистка сточных вод смесями гуминовой кислоты с летучей золой из "Химия промышленных сточных вод" При очистке сточных вод преимущество должно отдаваться эконом,ически выгодным процессам, в которых используются дешевые химические вещества. В этой главе рассмотрена возможность использования двух таких веществ — гуминовой кислоты и летучей золы, получаемых нз угля. Летучая зола является неорганическим веществом, образующимся в результате сжигания угля, а гуминовая кислота составная часть органических компонентов низкосортного угля, может быть получена и при неполно.м окислении угля высшего сорта. Оба вещества имеют сложную природу и плохо изучены. Они не использовались для очистки воды в промышленном масштабе, но в лабораторных условиях продемонстрировали высокую эффективность. [c.262] Почти все исследования по очистке воды гуминовой кислотой, проведенные и проводимые в настоящее время, — плод труда японских ученых они исследовали кислоту, которую точнее назвать нитрогуминовой [1, 2]. [c.262] Другим способом получения гуминовой кислоты из угля является частичное окисление его воздухом в щелочной среде [8—И]. С экономической точки зрения этот путь предпочтителен. Лучшим источником гуминовой кислоты является низкосортный уголь — лигнит или леонардит. [c.263] Летучую золу использовали для очистки воды гораздо чаще, чем гум,иновую кислоту [17.—28]. Летучая зола адсорбирует анионы, в том числе гумииовые кислоты, а гуминовая кислота связывает катионы. Оба эти вещества дополняют друг друга в процессе очистки сточной воды. [c.263] Кратко гумииовые вещества можно охарактеризовать как природные коллоидные хелатообразующие вещества с молекулярной массой от 300 до 10 и нерегулярной структурой. В значительной степени они имеют ароматическую структуру, содержат фенольные гидроксилы и карбоксильные группы, способные присоединять ионы металлов [3—8]. [c.263] Гумииовые вещества химически и микробиологически устойчивы. Предполагают, что они являются промежуточными продуктами в процессе образования угля [7]. [c.263] Экстрагированные или приготовленные из разнообразных источников — З гля, торфа, почвы, природных вод — эти вещества показали удивительно близкие свойства. Это весьма выгодно с практической точки зрения. [c.263] Молекулярная масса гуминовых веществ зависит от различных факторов, таких, как полидисперсность, тенденция соединяться в большие молекулы в определенной среде, наличие загрязняющих примесей с низкой молекулярной массой. Изучение фильтрации геля [4, 36] показало, что гуминовое вещество состоит из молекул с молекулярной массой, различающейся на несколько порядков. Наименьшую среднюю молекулярную массу имеют фульвокислоты, наибольшую — гуминовая кислота. Поэтому более показательны данные о распределении молекулярных масс, а не отдельные средние значения. Явный рост молекулярной массы при низких значениях pH и более высоких концентрациях ионов металлов объясняют образование водородных и металлических связей между молекулами гуминовых веществ [37]. [c.265] Как указывалось, гумииовые вещества представляют собой органические макроструктуры с функциональными группами, содержащими кислород и расположенными в алифатических цепочках или в ароматических кольцах (в качестве заместителей). Таким образом, молекулы органических или других растворенных соединений могут взаимодействовать с гуминовыми веществами посредством ионного обмена или взаимодействия с функциональными группами или в результате гидрофобного взаимодействия. Предполагают, что гуминовые вещества в почве активно взаимодействуют с пестицидами и гербицидами. Исследованы взаимодействия гуминовых и органических веществ [38—42] и изучено комплексообразование с карбамидом [43], но оказалось, что гидрофобные взаимодействия превалируют над остальными видами взаимодействий. [c.266] Комплексообразование металлов с гуминовыми веществами подробно описано и может быть использовано для объяснения накопления неорганических веществ в угле и торфе [44]. Оно играет важную роль в переносе металлов растениями [[4] и объясняет относительно высокие концентрации растворенных металлов в природных водах [3, 6, 45]. Комплексообразованием объясняется эффективность нитрогуминовой кислоты для удаления тяжелых металлов из загрязненной воды. [c.266] Ранние работы в этой области — полностью или наполовину качественные, но в них установлено образование комплексных соединений и показана [46—48] относительная устойчивость комплексов с ионами различных металлов (4], которая возрастает в следующем порядке Ре + АР+ РЬ + Си + Ре2+ Zn2+ Ni2+ o2+ Mп2+ a2+ Mg2+. [c.266] Недавно проведена работа по определению механизмов комплексообразования и кажущихся констант нестойкости. Одним из механизмов реакции являлось образование хелат-иона с о-фенольными карбоксильными группами [4—6,46,49,50]. Часто образуется и хелат-ион фталевой кислоты [4, 49—51]. Полагают, что в тех случаях, когда концентрации металлов соответствуют концентрациям в природных водах, вероятно образование первых хелат-ионов [6, 50]. Обнаружено образование смешанных комплексов с разными лигандами, но константы нестойкости оказались близкими для нескольких систем [52, 53]. Исследования показали, что смешанные комплексы, содержащие разные лиганды, обычно более устойчивы, чем комплексы с одним лигандом, даже когда им является нитрилотриуксусная кислота. Это свойство может благоприятствовать удалению анионных загрязняющих веществ, а также объясняет, почему гуминовая кислота в присутствии Ре эффективно удаляет Сг 1 [1]. [c.266] Ниже приведены результаты действия гуминовых кислот, в том числе и питрогуминовых, в процессе очистки сильно загрязненных вод. [c.267] Основная трудность, которая может возникнуть при использовании гуминовой кислоты, состоит в загрязнении воды растворимыми фульвокислотами. Однако эта трудность сводится к минимуму методами, которые разработаны для удаления гуминовых веществ из воды 55—57], к тому же гуминовые вещества незначительно увеличивают БПК воды (несмотря на увеличение ХПК и ООУ) и обычно всегда присутствуют в водах. [c.267] Обычно термин летучая зола характеризует любое твердое вещество, которое уносится дымовыми газами при сгорании топлива. Донная зола —- остаток в камере сгорания. Взвешенные частицы, образующиеся при промышленных процессах, таких, как производство цемента, также относятся к летучей золе. Следовательно, этот термин относится не только к процессам сгорания топлива. [c.267] Часть компонентов растворяется в воде, после чего вода становится щелочной. Некоторые виды летучей золы дают в растворе слегка кислую реакцию (рНл 6), особенно когда содержание РегОз превышает сумму оксидов щелочных и щелочноземельных металлов [61J. Следовательно, летучие золы разделяются на кислые и основные в соответствии с относительным содержанием кислых и основных компонентов и pH водной суспензии. От основности, элементного и минерального состава и распределения частиц по размеру зависит способ применения летучей золы для очистки воды. [c.268] Благодаря присутствию стекловидных веществ частицы летучей золы имеют в основном шарообразную форму [17, 61—63]. Некоторые стеклянные шарообразные частицы — полые и содержат газы (обычно N2, СО2 и Н2О) и даже более мелкие частицы. Полые частицы (они называются ценосферы) легче воды и могут быть удалены при флотации. Кроме шарообразных имеются и микрокристаллические частицы несимметричной формы. Размер частиц колеблется в пределах от 0,3 до 100 мкм [19, 60, 64]. Конечно, распределение размеров зависит от источника и способа улавливания золы. Эффективность улавливания золы любым устройством пропорциональна размеру частиц. Многие элементы, присутствующие в небольших концентрациях в топливе, при сгорании его улетучиваются и конденсируются на поверхности частиц летучей золы, как это происходит с SO2 [64—66J. При этом более мелкие частицы из-за более развитой поверхности сорбируют больше примесей. [c.268] Поверхностная адсорбция — наиболее вероятный механизм удаления большинства загрязняющих веществ летучей золой. Это можно предполагать на основании того, что основные компоненты летучей золы — это адсорбенты, часто используемые в жидкостной хроматографии. Летучая зола лучше адсорбирует анионы, чем катионы [25J. Однако некоторые высокозарядные катионы со сродством к гидроксильным группам (например, Ре + и А1 +) тоже хорошо сорбируются летучей золой. Тут происходит взаимодействие с поверхностью гидратированных РегОз и AI2O3. Удаление полиэлектролитов летучей золой аналогично удалению. взвешенных твердых частиц гуминовой кислотой. В обоих случаях твердые частицы связываются полианионами в агрегаты, которые отстаивают или отфильтровывают. Использование летучей золы для очистки воды дает дополнительное преимущество — улучшает фильтруемость осадка [17—19]. [c.268] Так как гуминовая кислота имеет анионный характер, а летучая зола -ч катионный, то совместное применение их способствует удалению многих загрязняющих веществ. Однако взаимодействие гуминовой кислоты и летучей золы уменьщает эффект их воздействия, поскольку гуминовая кислота частично растворяет летучую золу и вызывает некоторую дезактивацию летучей золы при адсорбции загрязняющих веществ, но все же некоторые аспекты их совместного применения могут быть полезны при обработке воды. Например, добавление золы способствует флокуляции гуминовой кислоты и ее удалению вследствие значительных количеств Fe + и А1 + в золе. Кроме того, тогда не требуется добавления А12(504)з, РеС1з или других вызывающих флокуляцию веществ. Аналогично, не требуется и добавления анионных полиэлектролитов, которое необходимо при обработке воды летучей золой, так как гуминовая кислота является полианионом. Поскольку очистка воды отдельно гуминовой кислотой и отдельно летучей золой изучены ранее, в настоящей главе рассматривается в основном взаимодействие гуминовой кислоты с летучей золой и определяется оптимальное соотношение этих веществ. [c.269] Вернуться к основной статье