Коллоидно-химические свойства и механизм агрегатообразования продуктов гидролиза коагулянтов-основных солей алюминия тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ И ХИМИИ ВОДЫ им. А. В. Думанского

На правах рукописи

ГЕРАСИМЕНКО НАТАЛИЯ ГАВРИЛОВНА

КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕХАНИЗМ АГРЕЬ'ТООБРАЗО-ВАНИЯ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА КОАГУЛЯНТОВ - ОСНОЕНЫХ СОЛЕИ АЛЮМИНИЯ

Специальность 02.00.11 - коллоидная и ыембранная! химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Киев - 1991

Работа выполнена в Институте коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думал с кого Академии наук Украины

Научный руководитель: Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Запольский А. К.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник СоЛо.манцева К а "

доктор химических наук, профессор Дейнега XX Ф.,

доктор химических наук, профессор Еременко Б. В.

Киевский политехнический институт

Защита состоится "3." 199£,г. в И ^ часов

на заседании специализированного совета Д. 016.55.01 по защите. диссертаций в Институте коллоидной химии и химии воды им. А. & Думанского АН "крайни по адресу: 852680, г. Киев-142, ГСП, пр. Вернадского, 42

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИКХХВ им. А. Е Думанского АН Украины

Автореферат разослан "¿1" 1991 г.

Ведущее учреждение:

Ученый секретарь специализированного со^етЗГ кандидат химических наук у

Е П Корнилович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Методом, широко используемым в процессах водоочистки и водоподготовки, является реагентная очистка гидроли-зующимися коагулянта1«!. Непрерывно возрастающая потребность в последних обусловлена как ростом водопотреОлеьия, происходящим в большинстве случаев за счет поверхностных : гочников, так и повышением требований к качеству очищенных природных вод. В свяаи с этим в последнее время наблюдается тенденция к использованию в качестве коагулянтов более эффективных реагентов: основных сульфатов алюминия (ОСА) и основных хлоридов алюминия (ОХА). В проводившихся ранее работах в основном уделяли внимание оцен* эффективности ОСА, ОХА в сравнении с традиционным сульфатом алюминия при очистке природных вод. В то же время практически отсутствуют данные о коллоидно-химических свойствах частиц продуктов гидролиза основных солей алюминия, взаимосвязи их с коагуляционной активностью данных реагентов. Между тем, именно на основе установления такой взаимосвязи возможно направленное применение определенного типа коагулянта и прогнозирование его эффективности в процессе очистки природных вод разных источников. ■

Цель работы. Диссертация посвящена исследованию коллоидно-химических свойств и механизма взаимодействия продуктов гидролиза основных солей алюминия, установлению взглмосвязи полученных закономерностей е коагуляционной эффективностью данных реагентов при очистке природных вод. В соответствии с поставленной задачей исследование проводили в следующих направлениях:

- изучение состояния алюминия в рабочих растворах ОСД и ОХА;

- исследование влияния различных факторов (природа, модуль основности, доза и концентрация рабочего раствора коагулянта; рН0, щелочность и ионная сила раствора) на ^-потенциал, гидратацию и размер продуктов гидролиза основных солей алюминия;

- выяснение механизма взаимодействия первичных частиц продуктов гидролиза основных солей алюминия и структуры формирующихся при этом первичных агрегатов

- использование полученных закономерностей для прогнозирования коагуляционной активности ОСА и ОХА при очистке природных вод.

Научная новизна: .

- установлена и обоснована взаимосвязь между электрокинетичес

«ам nojvdiiiij-son -lacTim продукции гидролиза основных солей алюминия

и условная;: их 4.:i'na:jwt-amw;

- ымьлаи'« ..иггоиоиерности ьлшшиа ожиих факторов 1рН,, нон-

и т. д.) на количество юд.1, связанной продуктами

i'll.il OJÜi.'j j <Х'А И иХА;

- опр-п - jitüLi средни..- радиусы ricpL.i-iuux часшц и размер,ю-илот-««.•оч-иьй ^-драктп'всгики первичных arpci u?c«s гидрокеида ашлшшя;

- развиты i:pt.-iv-TaBAiHiU о механизме войимодсйегваз первичных ча.п»щ про^уктсъ i ед^хиаи и структуре oCj«&умцихоя при этом агрегатов первого порядка;

- ьильлбна шлду теоретически расечитсшниш пара-i4«rj^m -iiü.eHHi ccT4S.Twß структуры первичных агрегатов и плотностью ь^ледцих, найденной uu-сдс-и л^ирной диагностики;

- установлена ьзш!д:осьязь мелду иоагулжиынной ^Фиктивностью

оОА и ОХА ь прсцсс-сах код.зпедготоыш и коллоидно-химическими своя- о сгваш продуктов цх гидролиза.

li-'iiHSw'-rt диссертации сйусловлена возросшим в исслйднвй время оримс-исишм основных солей алшыиния в качестве коагулянтов для очистки ариродаш вод. Усташвлгшшд в работе закономерное :и изменения коллоидно-химических свойств частиц продуктов гидролиза в вависимости от условий нормирования и развитые представления о »йхаииаме их агрегатоосразоьаиня могут оыгв использованы для направленного применения изученных коагулянтов с целью оптимизации процессов водонодготовки и водоочистки.

На основании результатов проведенных исследований:

- выданы рекомендации по использованию ОСА с \косн -2,7 Шосы ~ ыодуль основности, который определяется как молярное отношение SOj/ai^O^m интенсификации процессов коагуляции и отстаивания при-природной воды (р. Нева). Ожидаемый экономический эффект составляет 3?3,8 тыс. pyö/гсд;

- произведзна оптимизация процесса водонодготовки с применением ОСА (!iCCf( 2,7) на водопроводах г. Киева. Ожидаемый экономический эффект от Енедрения составит 141,3 тыс руб/год.

• ¿bjroji защищает:

- данные о распределении гидроксофсры алюминия в рабочих растворах 00h и ОХА; , ^

- результаты комплексного исследования коллоидно-химических свойств продуктов гидролмва основных содей адшиния . и влияние. на них основных факторов: рНр, щелочность (концентрация гидрокарСонат-

пых ионов), ионная сила раствора; прирола. модуль основности, доза и концентрация рабочего раствора коагулянта);

- размерно-плотпостные характеристика первичных агрегатов гил-роксида алиминия в процессе формирования ич при различи;« условиях;

- представления о механизме взаимодействия первичных частиц продуктов пиролиза и структуре образуют)хся агрегатов первого порядка;

- взаимосвязь между коагуляшюиной ai гг явностью основных сол»П алюминия в процессе водоподготовки и коллоидно- химическими свойствами продуктов их гидролиза.

Апробация работы. Полученные результаты докладывались и обсуждались на Республиканской конкуренции "Интенсификация гроиессов водоочистки" (г. Киева, 1987 г.), на Всесоюзной кошК-р. ншн; "Коагулянты и флокулянты в очистке природных и сточных под" (г. Одесса, 1988 г.), на научной к0н4ерешши Института коллоидной химии и химии воды им. А. В. Луманского АН УССР (г. Киев, 1ЯЭ0 г.), на IX Мэздуиа-родной конференции rio поверхностным силам (г. №эс--:п, 1390 г.).

Публикации. По материала).» диссертации опубликовано 9 работ.

Объем и структуре работы. Диссертация изложена ва 222 страницах машинописного текста, включая список литературы из 157 наименований, 2/ таблиц и 55 рисунков. Работа состоит из введения, _ семи глаз, заключения, списка использованной литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работа, сформулированы цель, научная новизна и положения, эааг.хл-мно агторгм.

• В первой глазе приведен обзор литератур«, п котором рассмотрены современные представления о состоянии злтаипия в водтге растворах, коллоидно-химических свойствах частиц гилрексияэ ачт-.нпя - конечного продукта гидролиза коагулянтов (оенг.нные соли аттминиа) и механизме их взаимодействия в процессе агрегагообразосаига.

Во второй главе дана характеристика обтеггов исследования, описаны использованные методики.

.Экспериментальная часть работы вчтгалнена на лабораторных образцах сульфата и основных сульфатов алюминия алюминия с Ц00/ -З..С-2.0 и ОХА с Н„- - 1/3, 2/3, 5/6 (- молярное отношение С11/0НЮ1).

Коллоидно-химкческю свойстс* частиц продуктов гидролиза указанных объектов изучали на модели пригодной еоды, которая дает возможность варьировать . _>ловия их тармировакия:

Практическая часть работы выполнена на природной воде различных источников водоснзСжения (р.Нева, р.Днепр, р.Десна) с применением образцов ОСА, скитзаированкых в проваленных условиях.

Степень полимеризации гидроксокг-милексов' алюминия в рабочих . растворах ОСА и ОХЛ опредехяли методом ферроксштрии. Электропроводимость' растворов дисперсий измеряли .с помощью моста переменного тока Р 5021. ащтерсфоретичоскуо подвиюгость частиц продуктов гидролиза находили метолом микроэлектро^ореза. Оценку ст пени гидратации частиц (агрегатов) проводили на основшпнт времен спин-решеточной релаксации протонов воды, измеренных на импульсном релаксометре "руль-методом". Удельную поверхность дисперсной фазы продуктов гидролиза коагулянтов рассчитывали по адсорбции ме '-менового голубого. Размерно-плоткостные характеристики первичных агрегатов продуктов гидролиза ОСА и ОХА в процессе их образов;- -ия при различных параметрах модельной системы определял;» методом лазерной диагностики и рассчитывали на ПЭВМ.

В третьей главе обсуждаются данные о составе гияроксокомплексов . алюминия в свежепрлготов"°нных рабочих растворах ОСА и ОХА, влиянии различных факторов на количественное и качественное распределение растворимых гидролизованных форм алюминия. Обнаружено, что в растворах сульфата алюминия (М^-3,0) концентраций 0,5-5,0 7. весь алюминий представлен мономерами. Последнее закономерно, так как низкое рН растворов сульфата алюминия (рН<3,0) исключает возможность начала гидролиза в них. . Смешение рН растворов в ряду ОСА в щелочную область при снижении У1СШ и разбавлении обусловливает формирование гидроксокомплексов алюминия с более высоким фактором полимеризации (р) и зарядо... уже на стадии их приготовления.. Так, в случае ОСА с Ц^ -2,5 алюминий присутствует в виде мономеров и димеров, количество последних в исследуемом диапазоне концентраций увеличивается с "10 % (С-5,0 7.) до-20 X (00,5 X). Повышение степени основности г (г - отношение 0К/А1) до 1.0 (М^-2,0) и разбаЕление растворов приводит не только к незначительному увеличению доли димеров (^50 X), • но и к наличию в них, наряду с мономерами и димерами, олигомерных ионов (2<.р^13), представленных в основном четырехзарадными тетра-и октамерами (6-10 X). О значительном влиянии природа аниона-на про-.

цесс комплексооСразования алюг.шия свидетельствует состав гидроксо-форм в растворах ОСА с Uotrt -к,0 и 1/3 ОХА, имеющих одинаковую степень основности. Обнаружено, что в растворах 1/3 ОХА, в отличие от таковых для ОСА с Ыйм =2,0, при близких рН присутствует полиион алюминия с р-13 и зарядом +7. Содержание алшиния. связанного в данную форму, увеличивается при снижении концентрации раствора и для С=0,5 X составляет около 60 Повышение степени основности при переходе к ../3 ОХА ( г=2,0) и 5/6 ОХА 0-2,5) усиливает процесс полимеризации алюминия. Е растворах этих образцов часть алюишия, наряду с мономерным и олигомерным, связана и в полимерный вид (рр-13) гид-роксокомплексов (А1„). Доля А1л в случае 2/3 ОХА для крайних значений исследуемого интервала концентраций составляет "40 X и -50 Z, для 5/6 ОХА эти значения в 1 ^ раза выше.

В четвертой главе проанализированы данные о влиянии на величину электрокинетического потенциала частиц d"4 мкм (первичные агрегаты) продуктов гидролиза ОСА и ОХА условий формирования. К Пс. ледним относятся факторы, связанные с используемым косН'уля'тсм (природа, модуль основности, доза, концентрация рабочего раствора), и параметры исходной модельной системы (pHtf. щелочность, ионная сила).

Обнаружено, что уменьшение содержания гидрскарбонатных ионов в системе приводит к снижению рН„ (рН после добавления коагулянта), вследствие неполной нейтрализации ионов К^О , выделяющихся при гидролизе ОСА и ОХА. При этом увеличивается количество растворимых высокозарядных гидрсксокоыплексов алюминия, хемосорбция которых на частицах продуктов гидролиза коагулянтов обеих групп, приводит к наблюдаемому росту % -потенциала с уменьшением щелочности (Рис. 1). Повышение основности образцов ОСА и ОХА приводит не только к формированию частиц с большим £ -потенциалом, ко и к смещении кривых в область малых значений щелочности. Последнее связано в основном с отсутствием в данных условиях агрегатообразсвания первичных частиц продуктов гидролиза (радиусом в десятки-сотни ангстрем) до частиц с d <-' 4 мкм, видимых под микроскопом. Присутствие в составе ОСА сульфат-иона, обладающего сильным коагулируем действием по отношению к положительно заряженным частицам продуктов гидролиза юэагулянтов, приводит к образованию частиц а в:иоюш •¿'-потенциалом и инверсии знака их заряда при более низком содержании ТЮО'-ионсв в системе, в отл1гчие ст ОХА.

Пскаэзжз, что сиииевни - шгенциалн ':-;л'нц щ-сдуктов гадролиза

Зависимость ^потенциала частиц продуктов гидролиза сульфата, основных сульфатов (а) и основных хлоридов (б) алюминия от щелочности системы

Рис. 1

солей алюминия способствует, помимо отмеченных выше факторов (щелочность, степень основности), так.тй уве^чение рн^и концентрации рабочих растворов коагулянтов.

Выявлена антибатная зависимость дзета-потенциала частиц продуктов гилуолиза ОСА (снижение) и ОХА (увеличение) от дозы коагулянта

Обнаружены экстремальные зависимости электрокинетического потенциала .коллоидных частиц гидроксила алюминия - продуктов гидролиза ОСА и ОХА - от ионной силы раствора (во-втором случае наблюдается смешение максимума в область более низких значений !7 ) ■

Исследованные закономерности изменения % -потенциала частиц продуктов гидролиза ОСА и ОХА при различных условиях их формирования объяснены хемссорбцией растворимых полигюцхжсокомпдексов алюминия • изменяющегося заряда и фактора полимеризации (формирующихся как ча стадии приготовления рабочих растворов, -чк и в про"чссе гидролиза коагулянтав в сдельной воде с определенными параметрами), а также смещением границы скольжения к поверхности частиц и сжатием ДЭС.

В пятой главе рассматриваются результаты, свидетельствующие о зависимости количества воды, связанной продуктами гидролиза ОСА и ОХА, от условий их формирования.

Обнаружено, что природа коагулянта играет существенную ррль в' величине остаточной владности осадка гидроксида ачюминия. Так, в идентичных условиях подготовки образцы продуктов гидролиза, полученные при использовании ОСА и ОХА, имели влажность 87 X и ^98 % соответственно, что указывает на большее количество межслоевой воды во втором случае. В толе время, частицы продуктов гидролиза ОСА являются более гидратированными, чем таковые в случае ОХА, практически для всех исследованных условий их образования. Последнее также в основном обусловлено разной природой аниона, а именно: присутствием сульфат-иона (заряд и степень гидратации которого выше . в сравнении с хлор-ионом) вблизи поверхности частиц гидроксида алк>-миния. ■

ГЬказано, что повышение основности ОСА и ОХА, снижение концентрации их рабочих растворов, рост рН^ модельной системы приводит к увеличению количества воды, связанной формирующимися при этом продуктами гидролиза, а возрастание ионной силы и дозы коагулянта - к сницейиЬ гидратации последних.

ГЬ лучены экстремальные зависимости количества воды, связанной частицами " А1(0Н)3 (образующимися как при использовании ОСА, так и

ОХА) от содержания гидрокарбонатных ионов в системе с локализацией максимума (минимума времени спин-р'ешеточной релаксации протонов воды) при щелочности, равной-^З ммоль/л.

Различная ".'дратация продуктов гидролиза ОСА и ОХА в зависимости от условий их образования (с учетом определенного вклада происходящего при этом изменения удельной поверхности дисперсной фазы) объясняется в основном изменением количества и природы гидрофильных центров на поверхности и вблизи ее вследствие: а) процесса хемосорб-ции потенциалопределякдах гидроксокатионов алюминия, отличающихся не только зарядом и фактором полимеризации, но и количеством структурной воды в виде ОН--групп - активных адсорбционных центров для молекул воды; б) процесса оксоляции при знь'.ггельном гидроксилиро-вании поверхности.

В шестой главе приведены результаты исследований удельной поверхности гидроксида алюминия, рассчитаны размеры первичных частиц и первичных агрегатов продуктов гидролиза ОСА и ОХА для различных условий формирования. На основании анализа этих данных, а также результатов электрокинетических измерений и информации о количестве связанной воды высказано предположение о механизме взаимодействия первичных частиц и структуре образующихся при этом первичных агрегатов продуктов гидролиза.

Показано, что средний радиус (а^,,] первичных частиц увеличивается при повышении рН^и щелочности системы, а также при замене основных хлоридов алюминия ОСА и уменьшении основности образцов. Удельная поверхность гидроксида алюминия, максимальная в момент образования, уменьшается в процессе формирования первичных агрегатов исходных частиц (в течение 10 мин) до постоянной величины. Различное снижение удельной поверхности продуктов гидролиза ОСА (большее) и ОХА (меньшее) в ходе указанного процесса может быть объяснено разными свойствами первичных агрегатов (плотность, дисперсность) при варьировании условия (рН,. щелочность, модуль основности). Действительно, исследование процесса хлопьеобразования продуктов гидролиза ОСА и ОХА показало, что в системе присутствует значительное количество первичных агрегатов, преимущественная фракция последних имеет радиус (о^) определенного размера, наряду с агрегатами более высокого порядка (представленных в меньшей степени), распределение которых меняется в зависимости от условий формирования. Так, увеличение щелочности системы обусловливает: а) рост радиуса преимущественной

фракции и полидиеперсности первичных агрегатов (о последней свидетельствует ширина пика на кривых распределения); б) снижение количества агрегатов более высокого порядка, что связано либо со смещением наиболее вероятного их размера за пределы изучаемой области (0-10 мкм), либо с их частичной седиментацией (распределение Фиксировали через 10 минут с начала процесса агрегатообразованля в системе);, в) исчезновение дискретного перехода между агрегатами . первого и последующего порядков (Рис. 2). Аналогичным образом оказывает влияние на распределение агрегатов продуктов гидролиза коагулянтов по размерам и повышение рН0, а также увеличение основности как в ряду ОСА, так и ОХА. Природа аниона в составе коагулянтов двух групп проявляется следующим образом: при идентичных параметрах модельной системы радиус преимущественной фракции первичных агрегатов продуктов гидролиза ОХА значительно больше, чем таковой в случае ОСА; имеет место противоположное влияние роста дозы коагулянта на величину Qn/I для ОСА (повышение) и ОХА (снижение).

В ходе исследования кинетики агрегатообраэования продуктов гид- , ролиза ОСА и ОХА обнаружено, что радиус преимущественной фракции первично агрегатов практически не меняется во времени, однако увеличивается их полидисперсность и снижается количество за счет образования агрегатов более высокого порядка, частично седиментирующих . в течение исследуемого периода времени (20 мин).

В целом выявлена тесная взаимосвязь между электрокинетическими свойствами частиц продуктов гидролиза солей алюминия, их гидратацией и размерами". ■

Для выяснения механизма коагуляции продуктов гидролиза по теории ДЯ<Ю были рассчитаны величины потенциальной энергии парного взаимодействия как первичных частиц А1(ОН)3, так и первичных агрегатов, формирующихся при различных показателях модельной системы. (рНа, Щ, 7). Указанные кривые для pHtf -9,05 и Щ-2.33 ммоль/л представлены на Рис. 3. Результаты расчетов показали, что процесс агрегатообраэования продуктов, гидролиза ССА и ОХА протекает, по меньшей степени, в две стадии и по разным механизмам: фиксация первичных частиц (десятки-сотни ангстрем) в ближнем потенциальном минимуме с образованием первичных агрегатов микронных размеров и коагуляция последних в дальнем. .

С целью получения данных о структуре первичных агрегатов исходных частиц А1(0Н)3 на основе изменения потенциальной энергии взаимодействия частиц при их сближении проведена оценка средней длины (L)

Кривые распределения агрегатов продуктов гидролиза 004 0 мсМ,-2.00 (а) и Б/6 ОХА (б) по размерам

Рис. £

Потенциальные кривые парного взаимодействия первичных частиц (а) и первичных агрегатов (С) продуктов гидролива коагулянтов

1,1' - ОСА с МвСл, - 2,00; 2,2'- 6/6 ОХА. рй„ - 9,0ь; Щ - 2,33 ммоль/л.

Рис. 3

■ - 12 -линейкой цени, до которой развиваются агрегаты, прежде чем происходит их ветвление, а также положение наиболее вероятного присоединения частицы к линейному участку: ветвление в позиции 1 - взаимодействие с двумя частицами цепи; таковое в позиции II - взаимодействие с тремя частицами цепи. Расчеты параметра ц характеризующего не только среднюю длину линейного отрезка сетчатой структуры

лервнчнш агрегатов продуктов гидролиза ОСА и ОХА, последней, проводили по формулам (теория Шилова): ц rfx/x

но и плотность

\Ь) - г i* [\f*> ф,' l¿xJ; \/SaU * Л -

Vtx) - l{u)>evs l \íx3*-(ü^.l£J;<Qa^. ± x & r гx-

¡7",é \"ix¡ и V''(*)- потенциальная энергия частицы в поле линейной цени ь плоское ¿'¡i i и i i соответственно; \Z¡(k¡ - потенциальная энергия двух сферических частиц (по теории ДЛЮ); Я - расстояние между цыпрсМ! двух частиц; X - расстояние от центра сферической частицы до оси линейной цепи; Х- величина, обратная дебйевскому радиусу. На основе анализа теорещчески расеодтанных значений L' /2а£, , (таблица) можно предположить, что в процессе взаимодействия исходник частиц глдроксида алюминия наиболее вероятным строением формирующихся при этом первичных агрегатов является линейно-сетчатое с ветвлением по модели i.

Таблица

Влияние щелочности на параметры линейно-сетчатой структуры первичных агрегатов продуктов гидролиза коагулянтов

Щелочность, ММОйЬ.'Л ; Коагулянт, ¡Средняя длина линейной цепи : модель 1 : модель i i Относительная плотность р , отн. ед.

' ¿' /£>4. t" /Sote

1. £ : 3 ____4_____ 5

1. 17 ОСА 26 23 4,30

2,33 2,0 . 7 11 5,ео

3,5(1 4 7 5,69

5,35 3 7 ■ '-5,73

_1_:_г_: 3 :__1__:__5_

1.17 ОСА 12 15 5.00

2,33 2.5 5 Э 5,55

3,50 3 6 6.08

5,35 2 6 6,13

_____'_________________с______________________________________

1/17 СА 8 12 5,55

2,33 3,0 , 4 8 6,36

3,50 3 б 6,40

5,35 2 б 6,48

2.33 ' ОХА ■ 93 96 1,35

3,50 6/6 22 25 3,05 .

5.35 12 16 3,75

2.33 ОХА 35 38 2,00 ,

3,50 2/3 10 13 3,85

5,35 , 5 4.23- •

2,33 ОХА 24 28 2,90

3,50 1/3 ■ 7 11 4,55

5,35 • ' 4 7 Г 4,75

При этом увел,, .ению плотное.и образующейся структуры (о чем свидетельствует снижение I/).будет способствовать повышение концентрации НСО3- (ОН--) ионов в модели природной воды, уменьшение степени основности образцов в обеих группах коагулянтов и замена ОХА основным»! сульфатами алюминия. Полученные методом лазерной диагностики-закономерности изменения относительной плотности первичных агрегатов продуктов гидролиза ОСА и ОХА в зависимости от 1. степени основности обравцов практически полностью соответствуют таковым для параметра I! "(таблица), характеризующего диффузность линейно-сетчатой структуры {аналогичная корреляция между изменением теоретически рассчитанного параметра Ь' и экспериментально определенной ^.обнаружена и при повышении -рН<,). На основании, развитых в работе представ- " •лений о механизме коагуляции первичных частиц гвдроксида алюминия .й модели структуры формирующихся из них агрегатов объяснены поденные ранее закономерности изменения удельной поверхности продуктов

гидролиза ОСА и ОХА, высокая водонасышанность осадков А1(ОН)3.

Б седьмой главе кратко описаны возможные пути практического использования полученных результатов в процессах водоподготовки. Показана возможность прогнозирования коагуляционной активности ОСА и ОКА при очистке природных вод разных источников на основе исследованных в работе коллоидно-химических свойств продуктов гидролиза этих коагулянтов. ••

Установлено, что в одинаковых условиях 'процесса водоочистки с увеличением основности образцов и использовании разбавленных растворов повышается эффективность ОСА и ОХА, которая проявляется: а) в получении очищенной воды того же качества по мутности и цвет-' иости (остаточный алюминий значительно ниже) при уменьшении дозы коагулянта в сравнения с сульфатом алюминия; б) в улучшении процессов хлопьеобразования и седиментации коагулированной взвеси. Показало, что область оптимального применения ОСА в сравнении с ОХА смешена в сторону меньших значений параметров исходной природной воды: рН^,, Л

На основании полученных данных выданы рекомендации по использованию ОСА с 2,7 на водопроводах г. Киева .и г. Ленинграда, что дозволит получить питьевую воду лучшего качества (более глубокое удаление глинистых примесей и ^30 7. снижение остаточного алюминия), чем в случае применения сульфата алюминия, при снижении расхода реагента d среднем 20-30 X.

ВЫВОДЫ

1. Показано, что степень полимеризации алюминия в рабочих растворах ОСА и ОХА увеличивается при повышении основности коагулянтов и в процессе их разбавления, а также при переходе от ОСА к ОХА.

2. Установлено, что увеличение основности и использование разбавленных растворов ОСА и ОХА,- снижение-рЦ,и щелочности системы приводит к повышению электрокинетического потенциала частиц продуктов гидролиза; с ростом ионной силы g -потенциал проходит чэрез максимум. Разная природа аниона в составе коагулянтов проявляется в смещении ^области высоких дзета-потенциалов частиц продуктов гидролиза ОСА и инверсии знака их заряда в сторону меньших значений ' рН0, Щ, а также в антибатной зависимости электрокинетического потенциала частиц, формирующихся при использовании ОСА Сснижение) и ОХА (увеличение), от дозы коагулянта

3. Обнаружено, что в одинаковых условиях формирования продукты гидролиза ОСА более гидратировани, чем таковые в случае СЖ Установлено, что количество воды, связанной продуктами гидроли&а. увеличивается при повышении основности ОСА и ОХА, снижении конценгра-ши их рабочих растворов, роете рЦ,; уменьшается при воздаетании ионной силы и дозы коагулянта; при изменении щелочности выявлены зкстрекаяьные зависимости Т^^Щ].

4. Отменено, что средний радиус (десятки-сотни ангстрем) первичных частиц продуктов гидролиза коагулянтов увеличивается при по-ыдашш рИ0 и щелочности систем;, в том же направлении возрастает и ргел'.ер их псрвичних агрегатов (единицы микрон). Радиус преимущест-викне,1 Фракции последних (г равных условиях) для ОСА меньше, чем так^всй для ОХА и увеличивается при переходе ог низко- к высокоосновным образцам в обеих группах коагулянтов.

5. На основе результатов электрскинетических измерений, данных методов импульсной релаксации и лазерной диагностики б сочетании с теоретическими расчетами энергии парного воаиыодейетЕИЯ развиты представления о механизме агрегации продуктов гидролиза: коагуляции перышшх частиц наиболее вероятна в ближнем потенциально» минимуме, а 1ьры;чш.'х агрегатов этих частиц - в дальнем.

С. Корклящм между теоретически рассчитанными закономерностями иаи,!некпл средней длины линейных отрезков, которая характеризует дв.14у;нас-|ь структуры, с одной стороны, н экспериментально Еьывлен ним изменением относительной плотности первичных агрегатов, с другой стороны, для различных условий СрНс,- щелочность, природа коагулянта, степень основности образцов) свидетельствует о формировании линейно-сетчатой структуры агрегатов первого порядка исходных частиц продуктов гидролиза ОСА и ОХА.

7. Полученные в работе закономерности 1) развитые предстал ,-ения позволили выдать рекомендации по использованию в качестве коагулянтов ОСА 2,7) для интенсификации процесса очистки природных разных источников (р. Нева, р. Днепр, р. .Д'сна). Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных -реагентов на водопроводах г, Киеьа и г. Ленинграда составит около ОТО 1 не. руб/год.

Основныз положения диссертации опубликованы в следуют« работах: ■ .1. Коагуляциокные свойства гидроксисолей алилшвия различной основности У А. К. Запольсглй, Л И. Панченкч, й. М. Ооло.-.еншва, Н. Г. Гера-оимншш // Химия и технология воды, - ЪЖЛ Т. 9, N2.- С. 134-3 йЗ.

2. Герасименко Е Г., Соломепцева И. М., Запольский А.К. Роль электрокинётических свойств продуктов гидролиза основных солей алюминия при водоочистке // Химия и технология воды. - 1988. - Т. 10, N4.- С. 329-332.

3. Электрокинетические свойства продуктов гидролиза основных хлоридов алюминия в условиях процесса водоочистки / И.М.Соломенце-ва, а Г. Герасименко, А. К. Запольский, Л. М. Сурова // Химия и технология воды. - 1989.- Т.Н. N7.- С, 601-604.

4. Применение основного сульфата алюминия при очистке воды / А. К. Запольский, И. Ы. Соломенцева. Е Г. Герасименко, Г. А. Васильева. 3. Е Васильева // Водоснабж. и сая. техн. - 1990. - N8. - С. 28-29.

6. Изучение гидратации частиц продуктов гидроливч основных сульфатов алюминия методом ЯМР-релаксации / И. Ы. Солоиенцева, а Г. Герасименко, А. К. Запольский, А. Г.'Братунец, А. М. Шахворост // Химия и технология воды.- 1990,- Т. 12, N11.;- С. 1020-1023.

6. Очистка воды основным сульфатом алюминия / Л. А. Величанская, И. Ы. Соломенцева, а Г. Герасименко, Т. А. Пахарь, К Я Демченко // Водо-снабк. и сан. техн. - 1990.- N8. - С. 28-29.

7. Герасименко Е Г., Соломенцева И. U., Сурова JL U. Состояние алюминия в.водных растворах основных хлоридов и сульфатов алюминия // Химия и технология воды. - 1991.- Т. 13, N0.- С. 755-760.

8. Солоыенцеьа И. М., Герасименко Е Г. Электроповерхностнье свойства и кинетика медленной коагуляции частиц гидроксида алюминия // Tea.' докл. IX Мзждунар. конф. по поверх, силам, 13-15 нояб. 19дО Г. - Москва, 1990,- С. 78.

9. Соломенцева И; U., .Величанская Л. А., Герасименко а Г. Гйюбле-ма остаточного алюминия' в очищенной воде // Химия и технология воды. - 1991. - Т. 13, N6. - С. 617-534.

Подписано к печати 4. -II .91 За к 2747 тир 100 ■. Размножено (хш ГШ минстата Украины г. киев