Використання поверхнево-активних речовин для ефективного видалення часток фосфату кальцію із води

Анотація

Пом’якшення води в офісах та приватних будинках проводиться сьогодні, переважно, іонообмінним методом, незважаючи на значний його негативний вплив на гідросферу. Надзвичайно актуальною сьогодні є розробка альтернативних безпечних технологій в цій галузі. Такою альтернативою можна вважати використання ефективних реагентів, що переводять іони жорсткості в тверду фазу.

Використання фосфатів в якості таких реагентів дозволяє, в залежності від умов, знизити залишкову жорсткість води до рівня 0,1 мг-екв/дм³ і менше. Важливою проблемою такої технології є ефективність відділення твердої фази від маточного розчину. Цей етап може бути реалізований шляхом відстоювання чи фільтрування. Використовуючи модельні розчини кальцію, оброблені відповідними дозами фосфату натрію та флокулянтів, виділено найбільш ефективні з них в процесах відстоювання. В якості флокулянтів використовували поліакриламід – як неіоногенний флокулянт, Magnofloc – 336 фірми Ciba – як флокулянт аніонного типу, Zetag – 7692 фірми Ciba – як флокулянт катіонного типу.

Флокулянт Magnofloc – 336 виявився найбільш ефективним при відстоюванні високодисперсних часток фосфату кальцію. При концентрації флокулянта в 30 мг/дм³ за 10 хв відстоювання уявний об’єм твердої фази знижується до 30 % від початкового об’єму суспензії і на цьому значенні стабілізується. Інші типи флокулянтів та інші їх дози були менш ефективними.

Дещо інша ситуація спостерігається при відділенні твердої фази фільтруванням. Найбільший вплив на швидкість фільтрування справляє температура, водневий показник та співвідношення між компонентами. На швидкість фільтрування суттєво впливають лише температури нижче 20 °С. Особливо це помітно при температурі в 5 °С. За такої температури об’єм фільтрату на 8 – 20 хвилин відстає від об’єму фільтрату дистильованої води. При 15 °С ця різниця менше, а при температурах вище 20 °С криві взагалі накладаються. В діапазоні рН 5 – 9 суттєвого впливу на швидкість фільтрування не спостерігається. Лише в сильно лужному середовищі необхідні терміни фільтрування суттєво зростають, що, на нашу думку, пов’язано із формуванням значної кількості аморфних часток різноманітного складу, котрі здатні перекривати пори фільтрів. При стехіометричному співвідношенні компонентів крива зміни швидкості фільтрування практично співпадає із кривою зміни швидкості фільтрування дистильованої води за тих же умов. При зміні співвідношення як в бік зменшення, так і в бік збільшення, умови фільтрування суспензії погіршуються. І чим більше співвідношення відрізняється від стехіометрії, тим розвинутішу структуру має тверда фаза і тим гірше відбувається її відділення від рідкої фази. Із зміною співвідношення між компонентами  змінюється і рН нульового заряду твердих часток. Якщо при стехіометричному співвідношенні компонентів вона знаходиться при рН 8,15, то при зменшенні співвідношення до 0,5 знижується до рН 7,41, а при збільшенні до 2 – зростає до рН 8,64. Зміна співвідношення компонентів впливає не лише на знак заряду поверхні, а й на його величину, що не може не впливати на ефективність відділення твердої фази. Тип та дози флокулянтів, визначені як найбільш ефективні при відстоюванні, не завжди забезпечують аналогічний ефект при фільтруванні. Найбільшу швидкість фільтрування мають суспензії без додавання флокулянтів. Дослідження впливу флокулянтів при їх концентраціях 10 та 30 мг/дм³ показало, що жоден з різних їх типів та при їх різних концентраціях не сприяє підвищенню швидкості фільтрування. Очевидно, значні дози флокулянтів сприяють швидкій кольматації пористого середовища фільтрів та викликають зниження швидкості транспортування рідкої фази.

Отримані результати дозволяють визначити ефективні реагенти для видалення іонів кальцію із природних вод та оптимальні умови їх застосування і слугувати базою для розробки ефективних та безпечних для довкілля технологій пом’якшення природних вод.