ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетическое ингибирование образования карбоната кальция примесями в сточной воде из "Химия промышленных сточных вод" Для коагуляции примесей в сточной воде и удаления фосфатов в ряде городов широко применяется известь для образования карбоната и фосфата кальция. Целесообразность обработки сточной воды известью может определиться степенью кинетического ингибирования процесса образования карбоната кальция примесями сточной воды. Успешное использование такой обработки сточной воды в реальных условиях требует детального знания химических принципов, лежаших в основе процессов образования и взаимодействия карбоната кальция в системах очистки сточных вод [12—19]. Обработка сточных вод известью часто усложняется из-за неполного осаждения фосфата и плохого отстаивания воды. На практике для удовлетворительного удаления фосфата и хорошего отстаивания обработку воды проводят при высоких значениях pH (10—11) и при боль-Ш.ИХ дозировках извести. [c.27] Настояш,ая глава посвящена исследованию влияния некоторых постоянных компонентов сточной воды на реакции осаждения, которые обычно происходят при обработке известью. Показано, что действие некоторых ионов на процесс образования карбоната кальция может быть выражено как функция их концентрации при анализе используется простая модель изотермы адсорбции Ленгмюра. Эта зависимость может быть использована для оптимизации действия извести, если присутствуют ионы, ингибирующие кристаллизацию. [c.27] Фергюсон и сотр. [8] показали, что введением извести можно снизить концентрацию фосфата приблизительно до 2 мг/л, а осаждение фосфата кальция следует проводить при рН 9. Оптимальными условиями являются pH = 7,5—8,5 и 80 мг/л СаО. Этот метод может быть использован для обработки сточной воды и со щелочностью меньше 350 мг/л (в пересчете на СаСОз) и при содержании магния меньше 24 мг/л. В этих условиях при добавлении извести концентрация кальция в воде увеличивается с 0,5 до 2 ъ М, pH возрастает с 7,5 до 8,0 и удаляется обычно 85—95%фосфора. Заслуживает внимания, что если pH после дозирования извести возрастает с 8 до 9, то часто образуется карбонат кальция, осаждающийся в сточных водах с высокой щелочностью при более низких значениях pH. В большинстве случаев это мешает осаждению фосфата кальция и очищенная вода содержит фосфата больше, чем желательно. [c.28] При обсуждении метода удаления фосфата обработкой известью Меррим и Джорден отмечают, что фосфат удаляется лучше, если процесс образования карбоната кальция ингибирован. К сожалению, эти авторы использовали неточные значения растворимости карбоната кальция, который образуется в результате добавления извести к сточным водам. Тем не менее они сделали вывод, что для характеристики реакций осаждения, вызванных добавками извести, могут быть использованы равновесные модели или модели неизменного состояния. Как будет показано ниже, использование таких моделей для расчета процесса образования карбоната кальция в сточных водах может привести к большим ошибкам. Так, обычные концентрации определенных примесей, например фосфата, могут снизить константу скорости образования карбоната кальция па несколько порядков и быть причиной успешной или неудачной обработки сточной воды известью. [c.28] Для определения возможности удовлетворительной очистки сточной воды в каждом конкретном случае должны быть тщательно оценены кинетические факторы, влияющие на образование карбоната кальция. Кинетические факторы, связанные с превращением кристаллических фаз (например, превращение первоначально образовавшейся термодинамически менее устойчивой фазы в термодинамически более устойчивую фазу) или изменением концентрации диоксида углерода в растворе здесь не обсуждаются, их детальное описание дано в новых работах [20, 21]. Для роста кристалла в гетерогенных реакциях, протекающих в водных средах, очень важна действительная площадь поверхности, это относится и к росту карбоната кальция в пересыщенном растворе [17]. Данный кинетический фактор исследован недавно. [c.29] Для исследования гетерогенных химических реакций в сточных водах могут быть применены три экспериментальных метода, а именно самопроизвольное осаждение из сильно пересыщенного раствора, образование центров кристаллизации и рост термодинамически более устойчивой фазы из раствора, насыщенного термодинамически менее устойчивой фазой, и рост затравок термодинамически устойчивой кристаллической фазы из метастабильного пересыщенного раствора. Каждый из этих методов может дать преимущества в конкретных экспериментах.. Для кинетического анализа ингибирования роста кристалла наиболее полезным является метод роста затравки. [c.29] Наиболее важным кинетическим параметром, характеризующим процесс образования карбоната кальция, является константа скорости реакции, которую можно значительно уменьшить введением в реакционную систему следовых количеств-некоторых компонентов [14]. Чтобы определить, как связаны свойства некоторых ионов с их эффективностью в качестве ингибиторов кристаллизации карбоната кальция, Симкисс 1[22] использовал метод самопроизвольного осаждения. Исследования проводились при высокой ионной силе раствора (морская вода). Была установлена эффективность ингибирования некоторыми ионами, содержащими фосфор. Кайтэно [23] показал, что некоторые ионы участвуют в регулировании структуры самопроизвольно осаждающегося карбоната кальция. Фергюсон и сотр. [8], изучая оптимальные условия обработки известью для эффективного удаления фосфора, отметили важность рециркуляции твердых продуктов в качестве затравочного материала. [c.29] Для оценки степени образования ионных пар и комплексов в экспериментальных растворах были использованы опубликованные константы равновесия. [c.30] Во всех опытах, за исключением специально отмеченных, использовали реактивы квалификации чда. Для приготовления растворов применяли дважды перегнанную, деионизированную и профильтрованную воду и стеклянную посуду класса точности А. [c.30] Рентгеновские дифракционные снимки затравочного материала получали с помощью дифракционной аппаратуры РЬ 1Ир5 с излучением Ка меди и никелевым фильтром. Для подробного исследования кристалла был использован сканирующий электронный микроскоп. [c.30] Методом сканирующей электронной микроскопии было установлено, что выдержанные затравочные кристаллы состоят из агрегатов мелких плоских кристаллических пластинок размером 2 мкм. Образец суспензии сушили при комнатной температуре и атмосферном давлении. Дифракционный рентгеноструктурный анализ порошка показал, что материал состоит исключительно из кальцита. Удельная площадь поверхности затравочных кристаллов составляла 1,71 м7г. [c.31] На рис, 3,2 показано изменение во времени концентрации Кальция в растворе и pH в растворах, содержащих только ионы кальция и карбоната. Введение затравочных кристаллов в исходный пересыщенный раствор приводит к немедленному росту кристалла. [c.32] Символы, указанные в скобках, обозначают термодинамические активности в растворе /г — коэффициент активности для иона с зарядом 2. [c.32] Линейная зависимость jV —Л о как функция времени (рис. 3.3) подтверждает правомочность уравнения (3.2) для интерпретации экспериментальных результатов. [c.33] Значения константы скорости k для кристаллизации кальцита в отсутствие добавочных ионов приводятся в табл. 3.2. Константа скорости не зависит от концентрации затравочных кристаллов S в пределах концентраций, использованных в данном исследовании (от 40 до 185 мг/л). Приведенные значения были получены для одной и той же исходной суспензии кальцита, разбавленной до рабочего раствора перед началом каждой серии опытов. Относительно малые различия полученных значений констант скорости являются строгим доказательством надежности метода роста затравки. Незначительные различия констант скорости в разных сериях опытов для чистых растворов вызваны изменениями исходной суспензии затравки за время исследования. [c.33] Встречающиеся в природе гуминовая и стеариновая кислоты, которые являются обычными примесями многих сточных вод, также сильно замедляли образование кальцита. Это ингибирование, вероятно, вызывается адсорбцией аниона кислоты, так как в условиях эксперимента преобладают ионные формы этих соединений. Сьюесс [33] и Майерс и Квайн [34] обнаружили, что стеариновая кислота и другие природные органические вещества могут сильно адсорбироваться при контакте карбоната кальция с морской водой. По-видимому, такой адсорбцией объясняется ингибирование образования карбоната кальция в верхних слоях океана. В присутствии стеариновой кислоты (1-10 М) происходит в незначительной степени, но поддающаяся измерению реакция кристаллизации (см. рис. 3.4), которая показывает, что эта кислота не так полно ингибирует реакцию кристаллизации, как метафосфат. [c.35] Вернуться к основной статье