Регулирование процессов структурообразования и адгезии глинистых осадков водопроводных станций тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

а **

акадеьш наук республики узбекистан ШСТ'/луг химии

На правах рукописи ЕЕЗСМ0Л0ВА ИРИНА ВАСИЕЬЕВНА '

РЕТУШИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТРУКГУГО0ЕРА30ВАКЙЯ И АДГЕЗИИ ГЛИНИСТыХ ОСДЦКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ.

02.00.11-Ноллоидная и мембранная-химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент -

1994

академы

наук респуелжи. узбекистан институт жея

Há правах рукописи безсшолоеа ирина. васильшена

этулигомнив процессов стшсгурсоеразованйя и адг'езки глшгстых осадков водопроводных станций.

02.СО,Н-Коляоиднал и мембранная :ст?кя

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соиеканпз ученой степени кандидата тохнячоских наут:

Работа выполнена в лаборатории коллоидной химии Института химии АН ЕУз. .

Научный руководитель:

кандидат технических наук Еонцаренко В.К.

Научный консультант :

доктор химических наук, профессор Агзамходяаев .i.A.

'Официальные оппоненты:

доктор технических нарт, профессор Мансуров П.Х. кандидат технических'наук Ходкаханов H.A.

-Ведущая организация:

Ташкентский Архитектурно-строительный институт

Защита диссертации состоится " / " 1994 г.

в ^ часов на заседании Специализированного совета Д 015.13.21 в институте химии АН РУз по адресу: г. Ташкент, ул. акад. X. А б-дуллаева, 77-а.

С диссертацией можно ознакомиться в-фундаментальной библиотеке АН РУз /г. Ташкент, ул Муминова, 13/.

Автореферат разослан " ^<5* "¿7/7Л¿'/rj? 1994г.

' Ученый секретарь Специализированного совета, доктор химических, наук <-'С7Г

..У. Рахнаткариев

СЩАЛ лАРШЕР^П1ША РАБОТЫ. .

• Актуальность таботн. Проблема утилизации осадков станций водоподготовки весьма актуальна практически для всех отраслей, в частности, для Среднеазиатского региона, речные зоды которого характеризуется повышенной мутностью.

Мутность природных, так г.з как и многих производственных сгонных вод, з значительной мерз обусловлена присутствием з них наряду с груботгиспзрснкли и коллоидных частиц. С целью повышения скорости л степени очистки вод для получения удовлетворявшего ГОСТ качества в технологии водспсдготозки используют; наряду с ^ипическ:с.гл способами, хгслтаескую обработку полидис-пеосно? глинистой суспензии - коагулирование, йлокулирование, угшгчегше - пркзодзауэ н изпононшэ поезэхноспшх свойств и дисперсности частиц твердой <тазк, что существенно отражается на об~еме и структуре осадков. При стой, если механизм втих процессов в основном сформулирован, то вопрос о влиянии ПСПОЛЬЗуеНЫХ при волоподготовке реагентов на струнтурообраэоваш;е и свойства образующегося осадка практически не рассматривался, так как на сегодняюти" день на шетакхся узлах централизованного водоснабжения практически все глгагистые осадки сбрасываются в реку.

связи с выходом Закона Республики Узбекистан "О воде водопользовании", в котором как одно из наиболее ватных полог.-хш£ ири регионально:! использовании вод для ну;."?; населения и народного хозяйства предусмотрена охрана вод от загрязнений, а такие улучшение состояния водных объектов, проблема использования ;с:оготояна"птх осадков приобретает особугз остроту. Склэдкгс)-Еснке осадков на иловых плогадпах приводит к тому, что они, во-перзкх занктазт полезные площади, пригодные для сельскохозяйственного производства, и, во-вторых, требуют значительны;: эксп-луатагионнгх и капитальных затрат на транспортирование. Направленным регулировгшемстз^турю-иехашгаеских свойств осадков мо:;;но добиться значительного сокращена стих затрат.

Исходя из изложенного и бкяа поставлена донная работа гель га которой явилось ксслсдовгаше коллоидно-химических свойств гли-ипстнх осадков, образующихся при реагентной обработке ¡таироднкх мутных вод, и выбор добавок для упразлегшя их структурой, пеоло-гзюсск.я' и адгзтео'ятя <хагёктегас--л~г>з!, а такав разработка рекомендаций но их использования з производство стооигзлышх материалов. :

3 •

В соответствии с поставленной целью предусматривалось ре-иить следукщие задачи:

- изучение физико-химических и коллоодю-ж.я1чос::кх свойств глинистых осадков 'водопроводных станций;

- исследование влияния реагентов, используемых при водопод-готовке питьевой воды, на сгруктурно-кеханичесхспе свойства. глинистых осадков; ' .

- исследование влияния некоторых добавок на реологические свойства к липкость пенистых ' осадков;

- рассмотрение различных областей использовании глинистых осадков.

Научная новизна. В результате комплексного исследования йкзико-хшических и. кбллоидао-хюятаеских свойств глинистых осадков, образующихся при водоподготовхе, определены пути управления этими свойствами с целью дальнейшего применения осадков.

Выявлено влияние реагентов, используемых при очистке ¡мутных вод (коагулянтов, флокулянтов, у.кгчителеь) .на дисперсный состав к поверхностные свойства глинистых частиц, :ор:с:рунци:-: структуру осадка п на свойства сток структуры.

Проведен анализ реологических уравнении состояния различных дисперсных систем и предложен метод описания реологических свойств структурированных систем, основанный на вргодиншгичес-ком подходе к проблеме. Достоинством предлагаемого метода является то, что в расчетные формулы входят только три параметра

которые оцениваются по экспериментальным данным, .вместо пяти-шести.параметров в. £руг1пс, формулах.

Предложено использовать поверхностно-активные добавки на . основе прошшхейных-отходов, (технические лигносульфонаты -ЛОТ, и продукт взаимодействия госсиполовой смолы с моноэтаноламином - оГ) для снижения липкости и вязкости глинистых осадков водопроводных станций.

.Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по регулированию реологических свойств, ешкению липкости и влакности глинистого осадка с помощью добавок.циз-ко- (ЛСТ,ЗГ) и высокомолекулярных {полиэлектролит К-4) ПАВ. Это обеспечивает социальный и экономический эффект за счет сокращения времени пребывания осадка на иловых шккцадках и в шламонакопителях, увеличения оборачиваемости транспорта и утилизации промшшенных .отходов. Определены некоторые рациоиаль:

ные области использовагэтл глинистых осадков станций зодоподго-товкп как з естественно:* зтще, так и после молг^широв-мтя, при производстве строительных патзрпалоз, где он мояот быть одни! кз основных кожоксптов шихты для кирпича или керамзита.

Апробация работы. Результаты работы долошгяы на конференции молодых ученых ИХ АН Р/з и на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Ташкентского института кн-энз?оз г.д. транспорта {Та™энт, 1992, 1993 г.г.' .

Публикации. По теме диссертации опубликовало 4 статьи, I статья.- е печати.

Ст~-т-:~-~а м объен лнсее^тахнт. Диссертация состоит из э~еденкя, 6 глав, обгих выводов и слиска лспользованной литз-ратуш, сслеггтцего 100 на:г.:заований работ зарубежных л советских авторов. 0б-^1й обт-ем диссертации III страниц ?газп:иогк1сно-го текста, включая 23 таблицы и 15 рисунков.

' СОЛЗРНАНИЕ РАБОТЫ Во з-елентгл обоснозана актуальность темы исследования, отпечено прикладное значение работа, необходимость привлечения коллондно-х:г пиесгах исследований для оптадазащ-ш технологических приемов использования глинистых осадков водопроводных станций, приведена научная новизна, положения, составляйте предмет зашиты, зтеазазк пути использования результатов лсследовитя.

3 первой главе диссертации даны общие сведения о осадка" станций водоподготовки, 'опнешщ основы процессов коагуляции, ^локуляцки н упягчзния иутнпс вод. Л&соготренн вопросы струк-гурообразозания з глиаистнх суспензию: и влн.-л-ил добавок ПАВ на отот процесс, а такге дан. краткий-обзор литературных сведений о применении водопроводных осадков з народном хозяйстве*

Во второй главе о:сарактеризованы объекты и методы исследования. 3 соответствии с .поставленной в работе целы в качество объектов исследования были взяты глинистые осадки зодопро -водных станций очистки речных 'вод Среднеазиатского региона. • Выбор нескольких осадков обусловлен различной муткос?ьп ясход:лзс вод к природой •лпнералькЕХ взвесей и соответственно технологией обработки води, в частности, набором и дозировкой реагентов. Е:нн и:следованн осадки водопрогоднах стеици1: Еоз-СуПской i р. £оз-Су) - при зодоподготовкз попользует только процесс коагуляции, Такаузской { р. Агу-Дарьл ; - коагуляцию, Флоху-ляцито, умягчение известью и содой, На:.:анганской ( р. На-

5-

рым к Сыр-Дарья,) - коагуляцию и 1*локулятю.

Все ксследуздгые оседает, отобранные на шзных станциях зо-•доподготовхи, являются полпмикералыгаж с:.:есяш, представленными кварцем, полевыш Епсташ, слпдог, гхдрослюдо", иатаю-р:тллсн;:тон, каолинитом, хлоритом е разных сооткссзггтг.'г-с. Осадки гакян содержат значительное количество водораство^гп-гс "пгэ-ральньо: солей: СаШСОо)?, Са304, меньпе ;:сС10, ИаС1.

Для улучшение процессов осветления цулкнх вод и для поау- -пения скорости оседания взвешенных частиц использует кнзксио-лекулярные коагулянты, высокомолекулярное слокулянтн и их сочетания.

В лабораторг-изс исследованиях использовали сульфат ал;о:.ш-ния А1£( 18НоО реактивный каркп ч.д.а. " сульфат закиси

пэлэза 502(^04) з'^Н^О, содержащий ке гекее 53-47:$ Рер^О^ и не более 0.25-1% свободной Нр$Ол. На водопроводных станциях■попользуют технические проекты: сульфат аж.гккия, полученный путем переработки бсксг:тов пли нефелинов к глин серной кисло-то?; и суль&г? ззлеза.

Среднегодовая мутность для воды р. Боз-Су - 100 цг/л, в качестве реагента применяется сернокислый алюгпгаий в дозе 5 мг/л.

Мутность. для е.оды р. А:.у-Дарьк изменяется в зависимости от времени года от 100-200 иг/л в зимний период до 4000 мг/л в летний. Соответственно оптимальные дозы реагентов в зкынлй и "летний периоды различны. Коагулянтами являются сернокислые келезо и алюминий, флокулянтом - полиакриламид ПАА, реагента. ми для ушггчения_ - гидроксид кальция и карбонат натрия. Дозы реагентов при обработке мутных вод разньо: периодов изменяются в пределах (мг-экв/л): 'А1о(504)з - 0.5 к 0; Ре^О^з - 0.5 и 0.5; Са(0Ш2 - 8.9 и б.?;^^ - 19.1 к 0; ПАА 1ыг/л) - 0.3 и 0.3 для летнего к зиынего времен года соответственно.

Для коагулирования взвеси р. .Нарым используется сернокис-• льтй алтиний в дозе 10 мг-экв/л; для флокулировяния - ПАА 0.4 мг/л.'Сернокислое келезо используют в технологии известкового и известково-содового умягчения воды, при устранении магниевой жесткости,' значение рН поддерживают в пределах 10.3-13.2 т.е. е тех случаях, когда соли алютлиния не применимы из-за низкой их эффективности в высокощелочных средах. В нашем случае для осветления внеокомутной Аму-Дарышской воды использо-

6 .

гагпг сернокислое г.егяпо.

■^лону.кнто;: для всех год был полпгхпшвисщ. Исходный полимер в виде вязкого лзлзобр^этюго геля с содерглнкем ПАА разбавляли водоЛ до рабочей концентрации 0.1 иг/л.

Для умягчз;г.;л использовали кальц'.тнмронаинуго соду ИадСОд и гидроксид яхтьи?к в виде ичгостнозого молока.

При выборе добавок-регуляторов свойств глинистых осадков основное внимание уделял:: г-п: доступности, дешевизне и нзток-«псгости, т.к. учитывая огро:шыв объема, глчнистис осадков д?,-г.э '¡тли малых доптаовках добавок их потребность будет гелииа. ГГозто:гу основной упор сделан на добавки на основе промшлзн-нкс огго^оп, лояокнтэлъки?. с? сягепзжвг которых в гли-

мтгсттс суспонзиях был отмечен галзэ. 3 качостзз добавок 5елп взят-:! годср?стзор:пг*з низко::оде::улярн::з поязр:я-:остно-активныз нег/зстла - ннгнос'глъ-тзнат тэутг.г-тоскяЯ (ЛСТ)-отход целгоясзно-буна."то"- лгсг^етзнноста, ?Г-отход таслоггрсрой прю&зяхгносга (госснполовая смола), перзвздзясЛ в аодорастзор.тлуп гт-ор.!у обработкой : 'сноэтанолгеамол,. а такпе высокомолекулярный пэ-лизл-зктролх? К-4. Зсе добавки использовали в чздо водных растворов :: ззоз?уш в сис?э:г/ в концентрациях 0.03...155.

Процессы структ^/рообга.-зонанил з суспензиях-пастах глинистых ссаднов изучали по пзмзнетзт пластячесяой прочности, моренной на ?:снс"сгомзтрз Гопплера, приспособленном для работы с конусом по методике Роб:~1Дор.я. Для приготовления пг.стн "ормалгпю" ::о"с::стЗ!ап:*! к зоз^/ско-суз»« навес::} добавляли во-ь/ или ~о~я:з растворы реагентов до пол^чзпг-я немодного знача-ш:я пласт::чэсхом прочности Рт =0.01-0.12 ::г/с:.г :1 вгщер.-жалп 24 часа в онсикаторе. По достякзикк равновесия з образцах» кнзгкися на воздухе, определял:: з задекшл сроки прочность и параллельно изменение зязежостк- езсоеым методом.

В случае, эсли добавка являлась пластификатором, количество воды для приготовления пасты уггопьпаля и измерения проводили в равнопластичнкх сносях.

Хглкость гл1пг.:стсго осадка характеризовал:; вел:гч1:ной усилия, н-обхсянмого для отрыва металлической пластинки от поверхности "златяс'шого тоста. ?та прштул-иальная схема положзиа з основу конструкту;;: приборов для определения липкости почв, грунтов и горных перед, в частности прибора. Охотпна. Для сравне-

ния липкость определяли весовым методой по количеству глики, налипшей на поверхность очищенных полированных цэтилличеекпх стершей, погруженных на некоторое время в тэсто различноГ. консистенции.

О влишпги добавок па реологические свойства глинистых осадков судили по характеристикам, полученным на'приборе

Изменения в структурном состоянии глин после введения добавок проверяли по дисперсному составу. Об адсорбц'.я добавок . судили по результата:« колориметрического и ИК-спектрального анализов, базовый состав глин к осадков устанавливали с по -нощью ронггеногазового (ДН)Н-3 } к терм&х'р-авиметрггчеекого (де-риватогра^) анализов.

Для изучения процессов фильтрации суспензий и оценки влияния ПАВ на него применяли метод определения показателе!'; фильтрации, разработанный ЛенНШгипрохимом.

В экспериментах по испытанию глинистых осадков для получения строительных материалов использованы соответствующие ГОСТы на ети материалы.

■ . Третья глава посвящена процесса:! структурообразования в глинистых осадках станций водоочистки и роли вводимых в них добавок. Первая серия опытов была проведена с целью выявления влияния на струятурообразовакие в процессе сушки глинистых осадков реагентов, используемых при их образовании. Установлено, что при общей одинаковой закономерности во влиянии добавок-коагулянтов на-разные глины в ранние сроки, с течением времени эффект в больной степени определяется минералогическим составом глины. В осадках, содержащих повышенное количество карбонатов кальция, сульфат алюминия способствует образованию более прочные конденсационных структур при сушке за счет наделения в гоне контакта л^стиц твердой (Т-азьт продукта его" гиррзлкза'п взаимодействия с Са^рис. I). Присутствие в глинистом осадке"суль-йата-кэлзза во все-сроки измерения (до 14 суток) вызывает снижение прочности' структуры.- Реагенты, добавляемые- для умягчения

- известь и сода, на начальны;: стадия:: структурообразоБания практически не отражаются, а в более поздние сроки сникают прочность возникающей структуры, причём несмотря на различный механизм-действия етю: добавок карбонат-натрия, являющийся пеп-тизаторсм глин значительно сильнее, чем гидроксид кальция, но- ■

8 •

тори" обичко выступает в роли, структуросбразоззатоля.

Полкакучлаг^д, звздсиннЛ в гл-г.-шстуг) суспензта з :галкх дозизозиах - 0.3-0.5 и7лт рсз:<о загутоет сз, з результата чего исходная прочность за счет адсорбции и образования мостико-зых сеяз«?; полныора с частипг.чи глины возражает в 7-Ï0 раз, а с точенном вромани отн ср.пи по-разному отражается на интегрально:": прочности стр^астуры - впитают еэ для Аму-ДарьинсксГ; глины и узэглглива-от для Сыр-Д< -рьжсгой.

?нс. I. LV:'::.пне гс-р^хтособ,>осоча::ня í.TSí Ох) :•• С-~:-Дарь;: (,1): I-Лсз .ос-иок,

¿-«1,(50..)-, .--F3;;.ÍS0¿);., 4-П.1А, 3-Ыа2С0о. 3-Са(ШЬ. Пунктир ~ е'.гесъ рзсгс.чтол тз'л''-,'гном"сса,г,::с.

Для Е~скс:о11 нснг.нппма .вгс-Н'юдеГ.стзия реагентов с частп-naioi zvssíh ПС0.Т5Д03ЭЛИ их ллсорбыию из зоднж растворов. Анализ изотерм слсорСтппх ПАА на разных глинах показал, что при одпиа?ово»1 ходо кривых - нсд~.см адссрбкгсин^й готги ссотг.-етст-вузт posdatar.';' ci \астворам полна-срнлалнца, НКМ которкгс находите- з области :с.гг:снтра'-:::': r,oç«JZi ICO },т/л, кета пол::м;з

tí вдл^у'.'ллгггоч .-( лопко. -'orna:; - стмегчзны з '. л-Ч para сслы'ло зге:-алеесб:^-;: --дл >;п-Дасы~л::;ол вззесл.

3

что связано с наличием в ее составе в два раза больного со -' дзрншля- кальцита, адсорбирующего лреобладалцео количество полимера по сравнению с кварцем, каолинитом и шпа-

тами, а также с .Дольной ' удельной поверхность® ссего образца.

КК-спектральный. анализ продуктов взалмсде/.стБИя глинистой взвеси различных источников с сернокпслнл;! алхмпнпем и железом показывает идентичность их с исходной глиной, новы?: полос поглощения нет и практически не отмечено смзпение основных полос при замещения?: катионов ь об:,генном золххепсе глин. Однако присутствие этих реагентов заметно по результатам де~ риватограйпческого анализа образцов в процессе кх сушки. Смещение максимума эедоэ^хзкта на кривой ДТЛ с 20°С до 75°-70°С при обработке глины реагентами сБгздетельствует об уменьшении энергии активации дегидратации. Наибольший сдвиг ыаксы*ума на кривой ДТА отмечен в присутствии в осадке ПАА (до 55°С.)- структура глинистого осадка после (тлокуляции наиболее рцхлая (объем седимэнтацизнкого осадка в 1.5 раза болыге, чем без добавки}, и свободная .влага легче и быстрее удаляется.

Кинетика структурэобразовакня и абсолютные значения пластической прочности в дисперсия!: осадков, полученных при реа-гентной обработке мутных вод (сочетание всех реагентов) , мало изменяются по сравнению с исходной глиной и в большей степени зависят от гласности исходной пасты, некели от присутствия реагентов. По-видимому, постадкйное добавление реагентов вносит коррективы в процесс структурообразования сформированного осадка. по сравнению с ррздивидуальными реагентами за счет того, что, например ПАА флокулирует частицы уте' при других рН (после отягчения) и другой гранулометрии (после коагулянтов] и эффект действия каждого отдельного реагента перекрывается другими. С повышением водосодергания глинистого осадка имеют место явлегшя десорбции полиакриламида, повышение вязкости дисперсионной среды и прочности коатуляцконной структуры при сушке.

В четвертой главе .приведены результаты исследования влияния добавок поверхностно-активных веществ ЛОТ и ЭГ к полиэлектролита К-4, который иот.ет рассматриваться как дополнительный фдокулянт, в качестве регуляторов структурно-механических, реологических, фильтрационных-свойств и липкости глинистых осад-

КОЕ . - • 10

По*.:суссг2:;з добавок по-рапному, з зявисетостя от и:: состава, отр'!:~аотсл на свойствах коагуляционитгх структур при ее-далштаци:: осадков. Так для осадка на основе глннп р. Еоз-Су заз::е:гюс?ь Зт о? концентра;г:ч добавок приобретает окстрзиаль-гяй характер с явно экрйлэжга гагкицунсм при малых дозировках ЛСТ и максимумом для ЭГ и ссобснао К-4. Дзя Аму-Даръинсьой взвеси концектрациотп-гие кр::в;.х - С до I сут. практически идут параллельно осп копцептраш-н: - прочность, начиная с малых дозировок, практ::чэскп по зависит от содержания всех рассматриваемых док 5-7 суткам на кривых отмечается минимум з области ккягетрсЕЦиЯ О.ОЭ-О.1^ добавок. Такой характер изменения ипсчпостп связан с адсорбционным меди^пинрозапием поверхности глинист:" частиц, .цкеязргцрута^г.! действием добавок и образованием при вче-дитли ЛСТ пли :'-4 в концентрациях свше 0.1 и 0.08;^ соответственно более упорядоченных пространственны:: сеток с прочкхгл: связями.

Диоп-эрпгрутглео действие добавок шзкомедекудяряк ПАВ ЭГ и ЛСТ пог.твер"дастся пря-см определением -Тра-ционного состава осадпев после зззпекия з них добавок: содержание агрегатов размеряя босев ПО мим уменьшается на 12-ЕО;« при соответствующем увеличении ео-.орианпя болз-э мелких и гаме хол;;опдпых '.раки а при добавке язоборот, практически 'рак!1;::; Р0-1С0 мкл окезгули^овапы, .-гл:г:^ '(меное 3 мкм) - стз-бигизироисны: Добавка,;' Содержание <"ракций м: ,

>0.05 0.С-1-0.01 0.0Т-0.С05 О.ООг;-О.ООТ ¿О.-1! т'с:;. осадок 88.40 12.43 0.40 0.80 ' С.С8

ЛСТ 87.20 28.04 4.88 1.-14 Г.Сь

0.1/' ?Г 83.53 ¡30.02- 1.28 1.78 1.00

0.1.' К-1 89.ъо' 5.57 1.03 1.80 0.20

Введение небольших количестз добавки К-4 (О.ОХ-О.Оо;^ з глинистые суспензии ровно снижает водоотдачу и- статическое напряжение сдвига, что объясняется образованием на поверхности частиц твердо;V газы защитного адсорбционного слоя из молекул стабилизатора. Блокируя места сцепления мастпц, молекулы адсорбированного полимера вызтзвапг таиже с:я:жснне прочности единичных контактов вследствие утолиения утгруго-сольватных поо-слоек, что з итого препятствует сб~-зогани:о прочной коагуляци-- силой структуры. С увеличением ¿онцентрации добавки К-4 10.085 и вхтсе) прочность структуры увеличивается, очевидно в везулъта-с II

те образования вторичного адсорбционного слоя, г по ¿о молекулы ориентируются своей г::дрофобнсп частью нарушу, что способствует коагуляц!'1о;-шо!,'Г/ сцеплении част::-;.

интересно отметить, 'что увеличение прочности стругг-ук.. от добавки К-4 значительно сильнее б паста:-: глинистого осадка по сравнешпс с исходной глиной. Следует полагать, чге в данном случае проявляется суммарны:: зфаект от присутствия г. П&Д и К-4. К топу ге наличие в осадке ионов Се.^"1', АЗ** I: повышенные значения рН способствует образовании) аосонпатов :: надмолекулярных структур.

Увеличение ирочпсстн глинистых осадпов в более попи сроки в присутствии низкомолекулярных ПАВ, в частности ЛСТ. такие могно объяснить наряду с пептизпрущ^м деГютвие.м добавк::, образованием лигносульгонатов кальция в адсорбционных слоях.

Регулирование реологических свойств структурированный систем тлеет большое значений для телгологнн водоочистки, так как представляет наиболыпй интерес такое состояние глннието-го осадка, которое позволило бы подвергать его перемешиванию и транспортировке леи менышх затрата;:. Б работе проведена проверка влияния на реологические свойства осадков исследуемых добавок ЛСТ, ЭГ и К-4 ротационным методом. Полученные реологические кривые позволяют установить закономерность изменения эффективной вязкости, характеризующей степень равновесного разру-■ пения, структуры, от интенсивности механического воздействия во еснм диапазоне изменения вязкости - от наибольшей практически неразрушенной структуры ^ до наименьше?: бязкости предельно разрушенной структуры •

Наиболее прочные ксагуляционные структуры в .дисперсиях глинистых осадков с полислектрогитом К-4 обусловливают и наибольшую вязкость их суспензий, нпзкомолекулярные ЛСТ и ЗГ несмотря на заметное пептизирующее действие в 2.5-3 раза снилса-ют вязкость структурк, что делает их введение элективным при перекачке осадков.

Параллельно с проведенным экспериментом наш были проанализированы имевшиеся в литературе точки зрения на природу и закономерности вязкого тзчезшя структурированных систем, а такг.е методы математического описания реологической криви"; структурированных систем. На основе этого анализа был продлонен новый

12

80 ь

60

ко

20

С

т

//0

60

с-ргсд: г:а..г.г->'. 21::::. под-код к списа'-он процесса,- Е соотгете^нки с ризвиваеынмн нам:; представлений!.;:: полную реолсг;р-'еск;лз кривую нот:ю разонть на два ;:ара:;терн;р-участка Об^м о„6т-(рис. 2), гарактерн-з уг с: п: с я с о о ? в т с т -рекнс течение!.* мят^--ркглькоР спстс;ш с разрушением и тиксо-трогшым восстановлением структуры (участок Об п) и мьнтснсвс-ким течением прелзль-ко разруле^ной структуры участок б^бг).

Рис. 2 Полная реологическая кривая течения структурированный дисперсных систем, рассчитанная по уравнении (I) . ■

3 зтем случае полная реологическая кривая из термально;; спсте;ш списывается уравнением

{ " (I)

в котором только три параметра, опрервяяеяпх из эксперименте., (Хс , ^ и^ , зависят от структур*: гкташсльяоП еноте'.-" н тсл-пегатуоы Т. Точку перелома момно определить из совместного решения урапнекиП 'Л), пояо-пз £=£„ и б-бт. Откуда следует ь\\{2йб2'> V - ГД° А« ~ <«!ГК5УГЯЫ'* п=рг:ч-!?р,

_ .. т> . » - соотетс"~с;:но

иг.пмапьмаг вяе7'о?тн.

Достоинством предлагаемого ;:етода описания со о п-ос:::.;" свойств структурированных систем то, что г ¡исч?,-.::•

ормулы входят, только три г.'р рмргр.: (и , _ , ^ Г хотпр---ниваытся по ох сперм!'е:г»пльи'дянн-м. т-дси-с плти-ьсс?;: пу\'-метров в других гнгн/га::. то г,."идет~льствует о ;;геи; уместна:; и перспективности мрг'сдннен.меского подката к проблеме,

13

предлагаемого б порядке дискуссии.

•То? *акт, что и для растворов ЗГ, г/злочнуз реак-

цию (рК=9-10} и для растворов ЛОТ с кислой реакцией (рН=4-5) о<р*зкг влияний на вязкосаь глшистого осадка одинаков, свидетельствует о том, что на псвзр;с-£остнке свойства глиниста: частиц оказывают влияние ке столько cai.ni адсорбированные 1Ь*Б, сколько продукты их взаимодействия с гндрокегдом кальция, которые, по-видимому, к участвуй! з образовании поверг-юекгя пленок, нзнекяю'пп: морфологию поверхности частиц,и как результат, ^оолог!-:чески е свойств суспензии и прочность контактов пойду таствдс:® твердо:'" ^уизн.

Т^к.зг образом, с учетом знания состава глинистого осад::а и выявленной воз.чомноетч регулирования свойств их кснпвятрярс-ваннт-х суспензий, созл-ются условия пля направленного иеполь-г/ова:-;7:1! осацков в конкретных условиях, например в промня-ленностп строительных материалов зз?мен глины или в сочетании с кг* как носителя пластификатора. При этом особое зажеапе след,1.':.? уделять правильном/ подбору соотпслшни-': ко-зюненюв п: ;ти.

Анализ результатов псследоганил ^пльтрагп::! суспензий гли-нно:ых осадков, модифицированных добавками, показал, ая> 'ЗГ не влияет, г: ЛСТ увеличивает удельное обхе'спое сопротизлснгс осадка. Наиболее объективным в отношения снижения удельного об:-сн-

нсгс соиоотизленгш осадка оказался пелиолекгпелит :г,ч оп—

* ж 70 2

тпмальпой концецт^ацик О.В» к твердой "азе =-л63-1СГ и

против 8.93-1СГ и""* для нсходиоро глинистого осадка. Сии-г'зкгге на 37^ этого показателя в присутствии й-4 ссотЕететзую-ари образом отражь-втея на процессе обезвоживания осадка, ускоряя его и сокогщзл время пробк^ания на иловмх гоюш.одхах. ?то в сочетания с елняняем добавок па адгезионные свойства (липкость ) глишютех осадков обеспечивает тс:с£«>:о-окояо::шсслКЙ зф-'Тект от исподьообшзы подобны:: добавок.

Сравнительный анализ пове,гения глинистых суспензий з процессе стручтурообсазования и результатов определения липкости показал отсутствие прямой огязк мс:гду влиянием реагентов на прочность коагудяцяошю? структуры и липкость. Так, капсимер, если, как ы» вздели на Ау-Дарьикску» глину реагенты в

перв:-:о срок.; пр.цгягеески не влияют, а з поелед.-дсцие спалят прс-.лгость» особенно сильно щелочные реагенты-унягчителп, то

14

нз\ягр?№Э1 лкпкост.: показала напротив резкое ее угзсггзтгга гтг' добавив всех рэ~.гектор и сс:5екно CafOHJo. в то зрткя как полагав ЯДА значительно цеп.-се увеличивает липкость. Липкость гликг в бслытэ?; степеш; зависит от ее кжерзлогического состава, так пря одинаковой влагносгл для паст Скр-ДарькнекоГ: глине сна ns перлдзк боль'::о". чем для Ату-Дарьжской (0.29 и 0,03?î соответственно). Денсттж ~е рзагентов па обэ пасти , :ТлЗ.;о про-тизогтололно: в случае обработки Сцр-Дарнл-ской глпнн оба :-:са-гугкнта заметно сн::~а:зт липкость, а- ^локулячт 1£аа - пра^'йчес-кп до нуля. Влкянхе не на лгшпость и тех, и друпзт гляггетаз: осадков вяс'.оксг/голгкул.ярксго полиолектролита К-4 тгнскти^я-го -при достоовксг O.OI-O.Oc'i их липкость снизилась в 5-7 раз.

1-!г::ереш« липкости на приборе Охотина позволили установить зза:г:освязь ::е"ду Ела-тюстьп ясхо,т?ак осадкоз к жикостыс и иайт:: игг.":а,-гькге конгзнтрацгет добавок пав, обеспечизаяциэ ;:э1:си.:гльтюо енхгенлв липкости при :,;снь;:отл содосод,зг!г,н'т, Наилучший результат показала добавка ЛСТ, для козого" пзб.-гздис?-ся снигзспис 'oxcir^ca и по шшгз-гости, и по лкгдгосс:: в сравнении с исходит;; рлт'гнлетъи осадкой.

В ггклггас-хкш гдззы гпкгедеиа технологическая схс::а обработки глптл'.с-кх осадков гслокро^одхазс стжщкК 2). Она вялгчаег: е.чности для приготовления рабочих р.гзтгоре-з добавок, шезлзп, цчр::ух,щг*ок1й'е пасосн, насосп-дсзг.торп; что яв требует дополнительна громоздких площадей и Ссльг'5с: г.апиталь-кш: расходов. При этой, если в качестве добавки '.'спользугтся в"со:со:.гал2куляр:йп соед!;нэ:ппг (неионэвеннт полк, ;оры или полн-злектролитк), то их ио:~ю вводить к на стал:;:: счистки води для однозренекного повышенна эффективности олокуляг.ии, и на стад::;: подготовок осадка к перэкат1ке к мзету :гранения.

В пято1" глазе ъасскотрзин разлпчнке пути утилизации глинистых осадков, з частности, е про:лыз;ленкостп стгонтельптз; на-тэриалов. !';спктакия состветствущих материалов по ГОСТ позволит ли рекомендовать использовать глр.яистро осадкп в качество:

- добавки в чогтоктпьте рр.стзорр для етукаттр5яз: работ;

- смрья для производства беаоб.шигового кхршл?а;

- глинистого компонента в сгрьевкх кепачичоск;::-: кассах лля производства битовой керагкпеи;

- добавки-плавня в тугопламше глины при производстве керамзита.

9 (fr) iKj-^2)

I-Г---

и.

ей

¥

7

Рис, 2 Технологическая схе*а обработки води 1-гсодача исходной води; 2-счвситель; Э-осввтли-толь; '(-скорый фильтр; 5-резервуар чистой води; б-насосиая станция II подъему, 7-вертикальный огсгойник; --нлоэыв плота~.у.и; У-емкость для приг готозлвния р&бочаго раствора добавки; Ю-нясос для циркуляции и поцачи добавки в расходний бах; П-расхоцний бак; Г2-иасос-дозатор добавки !,Б"-г/роллагаа'-ы;) у зол.

Для кагдой облает:: при: :еиення определен!! опти»тькш дозировки иодк/яц-гфовакной глист (глинистого осадка), об&спс-чк-вапгие получение аналогичного или лушего er>Viei;Ta, йен поп использовании традиционных материалов. Показана так:-~е возмом -ность использования глинистых осадков без предзарительной сушки и измельчения - в виде годик суспензий.

Моднлпц:р:оЕаннне добавке.'.::: ЭГ и особенно ЛОТ глинистые осадки в сочетании с небольшими добавка',® оксида или гидрокси-да кальцгея оказались г£*ектизт«и структурообразователями в дисперсиях заселенны:-: почвогрунтов и песков. Обработка последних суспензией глинистого осадка с JICT и СаО дает механически прочнуп структуру, содержащую до 80-85^ водопречнкх агрегатов размерами более 0.Е5 мм против 1% без обработки.

В песта!: главе оценен эконоютзекяй .аффект от регулировании структурно-нехантгпескпх свойств осадка полте.герами ПАА к К-4. "тот оф-рокт достигается за счет эхонопхз: средств при перевозке образущегося при подготовке питьевой воды глинистого осадка.

Экономическая с£»?ективность оценивалась по приведении.: 'затратам. В основу расчета положено сравнение двух вариантов схем станций водоггодготовки воды полезной производительностью 200 .тыс. ы^/сут. Расчет показал, что от использования добавки К-4 для снижения вязкости и липкости глинистого осадка огпидае-мый эффект составляет 678.7 тыс. руб.'.в расценках г.,).

ВЫВОДЫ

1. Проведено комплексное исследование й:зико-хж^ггаск:с: сеспсте рлинпст!зх осадков, образущихся. при водоподготовке. и изугены колло:цщо-х:г:ичзские свойства их водны:: суспензии. Выявлено влияние коагулянтов, "докулянта ПАА и рзагентоэгуиапк-телей на дпспскеный состав и поверхностные свойства глинистых чьстии, '"0Ti:.n:p""qnr:: структуру осадка.

2. Показано. что соесеплазмно с глинистой взвесыэ в процессе оеагентней обработки высокодиопорсннк гкдрскспд ал:нл":ия (или гзлояа) и карбона? калъикл прггдант поверхности- спс:тихпное-ние свойства. кзиепя'гт состав поглогт-:л:тг: кгтиенов в обт'зтэт: комллетсс глинистых частиц и ото соотнстствугг:".! образом отражается па прочности и адгезионных свойств.'.;: глинистых осалков. Сочетание различает гзагеитоз при комплексной обработке мутных вод изменяет действия к-дпвпдуальних реагентов - либо

17

усиливает направление и:: действия, либо вообще нивелирует.

3, Проведен анализ реологически:: упавизниГ: состоять различных дисперсных систем и предложен метод описании реологических свойств структурировании:: систем, оспо-анн!:." на ерго-динадическон подходе к проблеме. Достогастгш предлагав! гог о метода описания реологических сзойств стру::т;р::ро2гпкк:х сис-тск является то, что в расчетнне г'оргнгй- п«0д,т? только три параметра, которг.е оцениваются по окспетоиеятсльгагм даникм г:гес-то пяти-лзсти параметров в других -"ор:г-лах.

'"с. Пподлолзик добавки пнзко?-голэя"ляр":,з: ПАВ на основе про-■гм':лекнкх отходов - технические лигнссу-олонатн и лоноотанол-омлновге соли Е"К хлопк .ого гудрона ?Г,- а та гее з'лсз::змолз::у-лярного поллг-лектпелита К-4 дяя регулирования структурно-ме-хакячесюк свойств глкнкстьь. ео_;г:ог. (вязкости :: липкости) и окспзриноиталыю подтвергдеяа их э^ктигность. .

5. Предложено технологическое оформление узла приготовления и подачи растворов добавок. Отработаны опт::::алыше дозировки добавок и нг_;болзз э-'^октлвкое их ззздзгсю: 2:"со:;о;от-жекуяяряке ПЗ могут добавляться на всех стздлях очистки и обработки ссадка, а жзксмолскулярнле - только на стадии подготовки осадка к складированию.

6. На основании усаановлсиноГ. взаимосвязи мэгду составе:! к свойствами глинистого осадка, а та:~:е прочностью структуры, возникагорЛ при высыхании и термообработке, предложены пути

- утилизация осадков з ирс:хз:1Ло:п:остп стрснтолььнз: материалов: в качестве енрья для пористого заполнителя; для производства бззоб:кигоього кирпича; з качестве ко:зонент& шгплзкеной добавки для закрепления послов. Определен!: опт:;мальн:те дозировки осадков г кагдом конкретно:: случае, сбзспзчквазцнз получение качественны:: материалов.

7. Те:зпп:о-экоио:;нч8елал сгонка рзгу,г.:ловании липкости глкихстого осадка, образут-м'огося при очистке года:.река /¿.у-Дарьч полкслоктролитоп К-4, полагала, что введение добавки позволит увеличить к.п.д. автотранспорта, вывозящего осадок, снизить капитальнее и эксплуатационное затраты. ОкслдаемлГ: ~ко-псзгческиГ: ел'ект по прквздзлилл затратам составлдс: 678,7 тыс. руб. з.год (в расценка:: К'СЯ г.).

Основное содзттачпе дчсесгтагчи опубликовано в следующее работа:::

1. Еезсмолова И.В., Федоров В.В. ?огод:л-1а;ли:ескиГ: анализ теологических уравнении состояния. Таткент, 1990, Дел. ЕЗСТЕ, г ТГ'Яб-Р^-О. 40с.

2. Еезсмолова ".В., 'Боцдатснпсо В.И. Регулировали? зяпгос-тп и вязкости гл"кпзтнх осадков, обрапу?т:д:хся в яроиссое очистки муппг: вод. Ташкент, 1994, Деп. ГЙГГИ, КЗ 1976-Уз94. 1с.

3. Везсполова И.В., Агзамходнаев A.A. Прэпсссг структуро-образозалия в глкгистнх осадка:: водопровода:: стапцпН. Талхепт, 1994,'Дсп. ШТИ , F- 197?-Уз94, 8с.

4. .Блинова Р.Х., Копп Р.З., Везсполова К.В., Лгзамходжз-ев A.A., Бондарэнко В.7;. Использование глшшетмх осадков воло-згсшозпвэс .стетщяй для закрепления песков./'/Узб. хин. гурн. 1994. G, 21-24.

Автор считает своиа долгой отметить, что работа была по -ставлена доктором хи:«нческих наук, ¡профессором!?.Л. ГлекольТ]

Еезсмолсва II.В, "Водопровод станцпчлари гид чукмала-рилинг струнтуралаш-пш ва ёпшщоцлик хоссалар/яп' боп-т-;аркш".

Мазкур ища чукманинг структурасини хоенл ^илувчи тупро^ заррачалэрини юза хоссалари ва дис.нерс система таркибига коагу-лянтлар, тлокулянт ПАА, шшатувчи речрестлар, бооп;а сирт-^аол моддалар ва полпэлектролит К-4нинг таъсири ани^лзнган.

Реагент билал цайта кмлащ в?н{тида лойли :£г!т>а билан бнрга чггпуечи вдори днсперсля алюминий гкдроксидп (эки ?с:п-1р; за кальпнй нарбонати шзага узпга хос зусусла .'ларлас: бзрхп, тупро1{ заорачалаоининг ашоек'И* "лтн коншлекснда тггглгаз натиопларнинг таркибшш узгартир:лш и& бу тупрок чу1глалар:ашнг ¡¡устахнаалпк хусусиятларида акс ;:тнеи курсатплган.

Турли диеперс систзмалариа реологии холат тенглзмаси анализ килинди ва оу масалага оргод?':на'!нка асосида %дожб струи-тураламган систзы&лярнинг рсологяк >'исусиятларпнп тавспгКлал усули таллий этилди. Струнтуралангая еисте:,:алариикг реологии хусусиятларинч тавси^лаш учуп танлир отилгап усулкяиг кулаГ: томонп щукдакз, бопп;а. "тормулалардаги бес-олти курсатгкчлар ур-нпга татрибалардаи олинтан уч нурсатги'г - 0.„, ^ , 1| хисоблас; учуИ НТ'.тря.

Чукмаларнияг 1{0вуис\01>лигини, егсзщо^лигини ва ^ильтрланип хусускзтларшш бош;ари!и паст ва торн мслекулали сирт-йасл ио«-даларни ёки сувни тайзрлаш лароенида (полизлеитролит К-4) , §ки чукмани узоц муддатга тейзолам (ЗГ,ЛСТ.) стадинкща ь,упип билан аналга окириги цуккиилпги к^рсатилгаи.

Чукмаларнинг таркиби,. хоссалари ва структуоелаккл давошде . шаклданаЗтган структураиинг мустахкамлиги уртасицаги ан:п;лалган узаро борлашса асосида уибу чукмаларии 1>урилиа штеснгллари са-• ноатида 1-;уйидатича 1;уллащ Судсарп: бетон ва цемент оритмалари-га хртогеа си^атида; рованли тулдгфугчиларга хом ашз сигатида; гаст иплаб чзгсарищда шихта коутшнзнти сигатида; той рйет еттаб чикарчитда хом гдз сн'атида; ь;умлггни ^оюпипгле мзраенида комплекс ^уггимчанчпг таокиэип :;исми ск^атцда тазсхн эталгап.

Гил чуюмларнни ёпилкоклигини ки'аптнргмгяа К-4 куркмчаси-ки г;улла"!дан олинздиган Яшиго; иктнсодпй самара 678 ;д:нг с-'рг-"ни тапкил этади (1992 йал хнсобида).

Annotation

on the thesis by Eeascolovq I.Y.: "Control of .processes of .structure forsnatioa and adUsrion of clay pedissnts ox' vater supply stations."

A complex study of physico-cherr.isal and' colloid-and-cheaiical properties of clay scdicents forcing at water preparation,has Been carried out. rhe effect; of a coagulant, fioocul^nt (r A A) and r2agents-r-often.?rs on ths dispersive composition and properties of the surface of clay particle;'- forcing the sedicsat structure.

It has "been saowa that the high dispersive alusriniun hydroxide and caloiun carbonate oo—sediaentde with, the clay suspension during the reagent treatment iir.part specific properties to the surface, change the composition of the absorbed cations in'the exchange complex of clay structures that is reflected.on the strength and adhesive properties of the ' clay sediisent.

An analysis if rheologic equations.of the state of ;-arious systems and a r.ethod of discripticri of rhealogic properties of structural systems based-on the ergodynamic approach to the pro-,blea have baej submitted. The. advantage of the submitted method of discription of rheologic properties of -structural systems is that that in. the calculation formulas are included only three parameters at, O^and (J which are estimated according to experiraertal data instead of five-six parameters in other formulas.

There was shown a possibility of control cf viscosity, stic Id-, ness and filtration properties of the clay sed.1af:3ts by adding of admixtures of lov.-'and-high molecular PAV either at the stage of water treatment (polyelectrolyte K-4) or at .'the stags of preparation of the rsadiicaat for storage (IIS, ES).

On the ground,- of the established. inter connection between the composition, properties of the clay sediment and strength of the structure during the structure foriration the ways of utilization of clay sediment in industry of building materials have been envisaged: as an admixture to cement mortar and concrete; as a rav; material for foarr. filler; as a component for brick blending; ■>.? a raw catorial for production of brick without burning; as a component of complex admixture for sand fi.vture.

The expected savings from the utilisation of.the K-4 admixture for reduction oi" stickiness is 678 thou. roub. per year.

21