Висадження іонів магнію із водних розчинів реагентним методом (укр.)

Анотація

Сучасні тенденції в негативних змінах клімату та стану навколишнього середовища змушують приділяти більше уваги захисту довкілля та майбутньому людства. Особливо потерпає від антропогенної діяльності людини гідросфера, яка чи не найбільш чутлива до скидів різноманітних забруднюючих речовин. Не очищені чи недостатньо очищені стічні води при надходженні у поверхневі водойми та підземні горизонти суттєво знижують якість води в них та перешкоджають їх безпосередньому споживанню і використанню. Одночасно з масою різних забруднювачів до компонентів гідросфери скидаються відносно нетоксичні сполуки кальцію та магнію, котрі суттєво підвищують жорсткість води та її мінералізацію. Підвищені рівні жорсткості справляють негативний вплив як на окремі органи людини, так і на технологічне обладнання промислових підприємств. Класичною технологією зниження вмісту солей жорсткості сьогодні вважається реагентна содово-вапняна чи содово-натрієва технологія. Головними недоліками цих технологій є недостатня ефективність за звичайних температур навколишнього середовища та необхідність використання значної кількості реагентів. Найбільшого поширення сьогодні набула іонообмінна технологія пом’якшення води, але її застосування супроводжується скидом в гідросферу значних об’ємів регенераційних розчинів хлориду натрію з домішками сполук кальцію та магнію. Це зумовлює  формування антропогенного кругообігу цих сполук. Тому завжди існувала необхідність в розробці та впровадженні екологічно безпечних процесів пом’якшення води. Одним з таких перспективних процесів зниження вмісту солей жорсткості сьогодні вважається електрохімічна технологія. Вона дозволяє регулювати рН без використання хімічних реагентів і переводити іони кальцію та магнію в твердий стан. Проведені нами дослідження показали, що навіть при підтриманні в катодному відділенні водневого показника на рівні 11,5–12,5 іони магнію не завжди швидко гідролізуються та можуть бути виведені з технологічного процесу. Причиною такої ситуації є тривалий інкубаційний період формування гідроксиду магнію та залежність властивостей сформованих твердих частинок від умов їх осадження. Оскільки для розведених розчинів при рН ≤ 11,3 тверда фаза візуально взагалі не фіксується, діапазон досліджень було обмежено діапазоном в 11,5–12,5. Відстоювання отриманих при осадженні суспензій показало відсутність суттєвого впливу рН на швидкість відстоювання та фізико – хімічні властивості осаду. Не зафіксовано суттєвого впливу рН осадження і на параметри відділення твердої фази фільтруванням. Більш різноманітним виявився вплив температури. При температурах на рівні 10 °С в момент зливання розчинів тверда фаза взагалі візуально не фіксується. При відстоюванні спочатку починає спостерігатися помутніння розчину та формування високодисперсних часток, котрі протягом годинного відстоювання практично не осідають. При початковій температурі модельних розчинів 21,3 та 41,7 °C після обробки гідроксидом натрію і відстоюванні спостерігається формування аморфних структур, котрі починають агрегатуватися та спливати на поверхню маточного розчину. Освітлення розчину спостерігається одночасно по всьому об’єму. При осадженні за температури розчину в 32,1 °C спостерігається утворення розвинутих агрегатів пластівців по всьому об’єму, які відразу починають осідати на дно посудини. Таким чином, найбільш прийнятною температурою для осадження гідроксиду магнію реагентним методом з використанням гідроксиду натрію можна вважати температуру розчину на рівні 30 °C. Оскільки результати і відстоювання, і фільтрування виявилися незадовільними, було запропоновано використовувати рециркуляцію твердої фази. Показано, що рециркуляція осаду навіть в кількості 260 мг/дм³ дозволяє прискорити формування твердої фази та освітлення маточного розчину. При цьому загальний уявний об’єм твердої фази після відстоювання протягом 1 год суттєво не змінюється, незважаючи на значне збільшення її загальної маси. Спостерігається також підвищення ефективності видалення іонів магнію. В цілому, підбираючи рівень рН та температуру осадження, можливо забезпечувати необхідну ефективність пом’якшення.