Полиакриламидные флокулянты (стр. 3 из 4)
(ПАА) с низким зарядом это взаимодействие не играет существенной роли, оптимальная флокуляционная концентрация относительно высокая, флокулы большие и скорость седиментации выше, чем для короткоцепочечного, но высокозаряженного полидиаллилдиметиламмонийх-лорида, который был более эффективен в удалении водорастворимых солей гуминовых кислот в точке оптимальной флокуляции.
Следует отметить, что модифицирование ПАА органическими веществами широко используется при флокуляции различных суспензий, поскольку позволяет получать флокулянты с увеличенными средневязкостными молекулярными массами, как правило, с измененными физико-химическими характеристиками и строением молекул. Такие флокулянты проявляют обычно повышенную флокулирующую активность [2].
Бинарные композиции получали путем взаимодействия частично гидролизованного ПАА(молекулярная масса 8-105 а.е.м.) с тэтраэтиленгликолем (ТЭГ) и полиэтиленгликолем-115 (ПЭГ-115) в водной среде при атмосферном давлении и постоянной температуре 40 "С при периодическом перемешивании в течение часа. Для ПЭГ-115 и ТЭГ характерным является идентичность структурных групп, но различная длина цепей. Для разбавленных растворов полимеров важно было оценить, насколько изменилась удельная кинематическая вязкость при переходе от моно- к бинарной композиции.
По времени истечения растворов полимеров в капиллярном вискозиметре рассчитывали их кинематическую вязкость. Определив кинематическую вязкость, графически определяли характеристическую вязкость и, далее, средневязкостную молекулярную массу по уравнению Марка-Ку-на-Хаувинка:
[г,]= КМ% где К и а — постоянные для данной системы полимер—растворитель; М — молекулярная масса.
Для системы ПАА—вода К= 0,63 104; а = 0,8. По величине отрезка при экстраполяции к нулевой концентрации полимеров находили характеристическую вязкость полимеров (рис. 2).
В качестве параметра, характеризующего размер и форму макромолекул, определяли среднестатистическое расстояние hмежду концами молекулярной цепочки полимера. Затем рассчитывали гибкость полимера Г= h/M.
Параметр hхарактеризует реакционную способность макромолекул в процессе флокуляции: чем больше А, тем выше флокулирующая способность полимера (см. таблицу).
Известно, что в структурированных тройных системах, способных к образованию межмолекулярных и внутримолекулярных водородных связей, процессы формирования молекулярной структуры полимера зависят от многих факторов. При переходе от ТЭГ к ПЭГ-115 средневязкостная молекулярная масса бинарной композиции увеличилась в 1,25 раз, тогда как флокулирующая активность при дозе ТЭГ 0,8 мг/дм3 повысилась в 1,05 раза. Баланс распределения твердой фазы в стесненных условиях (при осаждении в цилиндре) показал, что бинарные композиции осаждают в первую очередь крупные взвеси, а в осветленной воде остаются мелкие частицы. При этом мутность воды существенно уменьшается только при повышенных концентрациях полимерных композиций.
Для получения более эффективных результатов при осветлении тонкодисперсных глинистых суспензий интерес представляла проверка действия бинарных композиций типа блок-сополимеров. Блок-сополимеры, в которых один из блоков растворяется в воде, а другой нет, могут быть особенно эффективными при осветлении глинистых техногенных вод. Нерастворяющиеся блоки объединяются в мицеллы, служащие узлами физической сетки между макромолекулами. В таких системах отдельные группы макромолекул способны к сильному специфическому взаимодействию [3].
Для проведения экспериментов к раствору ПАА добавляли раствор амидоимидного полимера (АИП) в соотношении 1:1. АИП представляет собой дендритоподобный продукт с узорчатой гидрофобно-гидрофильной структурой, содержащий амидные и имидные звенья, обладающий высокой седиментационной активностью, способный благодаря наличию в молекуле электроотрицательных атомов кислорода к образованию достаточно прочных водородных связей с гидроксильными группами частично гидролизованного ПАА (рис. 3). В результате образования водородных связей между частично гидролизованным ПАА и АИП образуется бинарная композиция с дендритоподобной структурой, эффективно осаждающая тонкодисперсные глинистые взвеси. При высушивании бинарной композиции узоры на пластинках сохраняются.
Об образовании водородных связей между двумя полимерами можно судить по изменению ИК-спектров бинарной композиции (рис. 4). В области 1000 — 1500 см-1 появился новый "частокол" полос поглощения, свидетельствующий о межмолекулярных взаимодействиях в структурированной системе.
Бинарная композиция обладает тиксотропными свойствами, т.е. если ее подвергнуть разрушению при напряжениях сдвига выше предела текучести, то через короткое время после снятия напряжения она полностью восстанавливает свою первоначальную дендритоподобную структуру. Это выгодно отличает ее от многих других полимерных гидрогелей.
Другое достоинство бинарной композиции — стабильность во времени. Осевшие на дно раствора хлопья бинарной композиции после трех месяцев пребывания в состоянии покоя были подвергнуты перемешиванию и не потеряли своей седиментационной активности при осаждении глинистых взвесей.
Различие ИК-спектров полимеров позволило оценить их флокулирующую активность в отношении окрашенных гуматами глинистых взвесей крупностью до 20 мкм, полученных на выходе из гидросайзера при обогащении барзасского сапромиксита. Для этого применяли следующую методику. В мерный цилиндр с притертой пробкой внутренним диаметром 38 мм и общей вместимостью 0,3 дм3 заливали 0,25 дм3 исследуемой суспензии с концентрацией твердой фазы 8 г/дм3 (рН = 6), добавляли определенное количество флокулянта, перемешивали, 5 раз переворачивая цилиндр и отстаивали сутки. Затем в сливе определяли концентрацию твердой фазы, отбирая в стеклянный бюкс 20 мл осветленной суспензии. Бюкс ставили в сушильный шкаф до полного испарения воды, потом вынимали, охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Далее рассчитывали массу сухогоостатка, по которой определяли эффективность процесса флокуляции.
При одинаковых расходе (0,1 г/дм3) и концентрации (5 г/дм3) флокулянтов остаточное содержание твердой фазы в суспензии при использовании ПАА+ПЭГ-115 составляло 1,4 г/дм3, при использовании ПАА+АИП - 0,05 г/дм3.
Таким образом, для осветления тонкодисперсных глинистых суспензий можно с высокой эффективностью применять бинарные композиции полимеров, один из которых представляет собой гидрофобно-гидрофильную структуру, способную к межмолекулярному взаимодействию с другим полимерным блоком за счет образования водородных связей. В целом такая бинарная композиция активно взаимодействует как с минеральной составляющей суспензии, так и с окрашенными водорастворимыми солями гуминовых кислот, что позволяет осветленную воду многократно использовать в замкнутом оборотном цикле.
Глава 2. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИАКРИЛАМИДНЫХ ФЛОКУЛЯНТОВ НА СТАДИИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Очистка добавочной воды для подпитки котлов тепловых электростанций осуществляется на водоподготовительных установках в несколько этапов. Первый этап (предочистка) включает в себя процессы известкования и коагуляции. На этой стадии в сырую природную воду подается насыщенный раствор извести (известковое молоко) и раствор коагулянта - железного купороса FeSO4·7H2O. В результате протекания реакций взаимодействия извести с растворенной углекислотой, солями жесткости, гидролиза и окисления ионов железа(II) в системе образуется шлам, состоящий из осадков CaCO3, MgCO3, Fe(OH)3, CaSO4, который в дальнейшем удаляется на осветлителе и механических фильтрах.
Для интенсификации процессов коагуляции нормативно-техническими документами предусматривается дополнительное использование на стадии предочистки флокулянтов – полиакриламидов (ПАА) [1]. В последние годы ассортимент выпускаемых как зарубежной, так и отечественной промышленностью полиакриламидных флокулянтов различных типов и состава значительно вырос, поэтому выбор реагента для использования в конкретных производственных условиях представляет собой довольно сложную задачу.
В качестве флокулянтов были выбраны два образца ПАА: анионный средней активности (Праестол 2530) и катионный средней активности (Праестол 650ВС). Краткие характеристики использованных флокулянтов приведены в табл.1.
Кинетику седиментации оценивали согласно методике для лабораторных опытов по известкованию воды [1], заключающейся в следующем. Заранее проанализированная по основным показателям (перманганатная окисляемость, содержание железа) сырая вода с заданной температурой помещалась в стакан емкостью 2 дм3, затем туда же вводились реагенты (известковое молоко, растворы железного купороса и флокулянта) в расчетных количествах, причем флокулянт вводился спустя 1.5 мин после ввода извести и коагулянта. Раствор перемешивался в течение 5 мин и отстаивался в течение 30 мин. После отстаивания осветленная вода сливалась и анализировалась по тем же показателям, что и исходная. Анализы проводились согласно стандартным методикам [2, 3]. Образовавшийся шлам сливался в мерный цилиндр емкостью 250 см3 (объем слитой воды и шлама поддерживался постоянным для всех опытов) и анализировался для определения кинетики осаждения по изменению во времени положения границы раздела между осветленной и неосветленной частями мерного цилиндра.