Дослідження ефективності процесів пом’якшення води силікатом натрію

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorРадовенчик, Я. В.
dc.contributor.authorГордієнко, К. Ю.
dc.contributor.authorБакуновський, О. О.
dc.contributor.authorІванова, В. П.
dc.date.accessioned2024-11-25T20:33:08Z
dc.date.available2024-11-25T20:33:08Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractСучасний стан природних вод вимагає попереднього пом’якшення більшості господарсько-питних та енергетичних вод. Тому пошук ефективних технологій та реагентів пом’якшення сьогодні особливо актуальний, а дослідження в цій галузі, зважаючи на інтенсивне погіршення якості природних вод, щорічно нарощуються. Центральне місце в таких дослідженнях займають процеси видалення з води іонів кальцію та магнію. Традиційно вважається, що іони магнію важче піддаються видаленню із води, ніж іони кальцію, оскільки утворюють менше нерозчинних сполук. Загальна ефективність процесів пом’якшення води одночасно залежить від залишкового вмісту обох катіонів. Тому дослідниками іонам магнію також приділяється достатньо уваги. Перспективними реагентами в таких процесах вважається гідроксид та фосфат натрію. Однак, використання першого пов’язано із значним зростанням водневого показника, а використання другого – із перевитратою реагенту та необхідністю підтримання для достатньої ефективності лужного середовища. Тому нами в межах даної роботи було досліджено ефективність силікату натрію в процесах видалення з водного середовища іонів магнію та кальцію. Характерною особливістю реакції утворення твердої фази між катіонами магнію та силікат – аніонами є значна залежність від водневого показника. В нейтральному середовищі утворення твердої фази в модельних розчинах візуально не фіксуються. Разом з тим, деяке зниження жорсткості після фільтрування через «синю стрічку» все ж спостерігається. І із збільшенням рН таке зниження зростає. Найбільша ефективність пом’якшення забезпечується при рівнях рН > 10. Не вдалося отримати якихось позитивних результатів і при вивченні процесів відстоювання та фільтрування сформованої твердої фази. При цьому співвідношення між компонентами та початкова жорсткість води на процес освітлення практично не впливає. Разом з тим, силікат натрію може бути досить ефективним при стехіометричних або більших співвідношеннях. Але суттєвим недоліком є значне підвищення водневого показника після змішування компонентів, що вимагає корегування рН в обробленій воді. А це ще один етап обробки води. Не вдалося отримати позитивні результати і при використанні в якості інтенсифікатора відстоювання та фільтрування гідроксиду алюмінію. При співвідношенні К = [SiO3 2-, мг-екв]/[Mg2+, мг-екв] = 1 і різних дозах іонів алюмінію значної інтенсифікації процесів відстоювання в діапазоні доз іонів алюмінію 10–70 мг/дм3 не спостерігається. А при дозах алюмінію менше 30 мг/дм3 навіть спостерігається гальмування процесу відстоювання. Як і у випадку обробки силікатом натрію магній містких розчинів, осадження силікату кальцію в значній мірі залежить від водневого показника. Висока ефективність спостерігається лише в сильнолужному середовищі. За інших умов ефективність пом’якшення суттєво знижується. При надлишку чи нестачі осаджувача формуються більш компактні частки, що швидше осідають. В той же час, при стехіометричному чи близькому до нього співвідношенні між компонентами формуються частки розвиненої структури, котрі осідають в два рази повільніше і займають більший уявний об’єм. При стехіометричному співвідношенні компонентів швидкість суттєво гальмується, а при перевищенні К = [SiO3 2-, мг-екв]/[Ca2+ , мг-екв] ≥ 1,0 протягом перших 10 хв всі пори фільтру виявляються перекритими і транспортування рідкої фази припиняється. Зменшення початкової жорсткості до 20 мг-екв/дм3 суттєво картину не змінює. Освітлення суспензії відбувається частково. Значна кількість завислих часток залишається в маточному розчині. Флокулююча здатність сполук кремнію в даних умовах не проявляється. При зниженні вмісту іонів кальцію до 10,2 мг-екв/дм3 обробка еквівалентною кількістю силікату натрію не супроводжується утворенням твердої фази, котру можливо зафіксувати візуально. Хоча після фільтрування через «синю стрічку» жорсткість води знижується. Разом з тим, фільтраційні властивості твердої фази, що формується в процесі пом’якшення, мало відрізняються від фільтраційних властивостей карбонатів, фосфатів та гідроксидів, тому реагент не може бути рекомендований для застосування в системах малої та середньої продуктивності, де основним процесом розділення фаз є фільтрування.
dc.description.abstractotherThe current state of natural water resourses requires preliminary softening for almost all drinking waters and waters for energy purposes. Therefore, the search for effective softening technologies and reagents is especially relevant today. Researches in this field are constantly increasing every year due the intensive quality deterioration of the natural waters. The processes of calcium and magnesium ions removing from water are on central place in such researches. It is traditionally considered that magnesium ions are more difficult to remove from water than calcium ions because magnesium ions form less quantity of insoluble compounds. The total efficiency of water softening processes depends on the residual content of both cations. Therefore, researchers also pay a lot of attention to magnesium ions removing. Sodium hydroxide and sodium phosphate are considered as a perspective reagents in such processes. However, the use of first reagent is associated with a significant increase of pH index, and the use of second reagent requires a big quantity of the reagent and needs the alkaline medium for sufficient efficiency. Therefore, in this work, we investigated the effectiveness of sodium silicate in the processes of magnesium and calcium ions removing from the aqueous medium. A characteristic feature of the solid phase formation in reaction between magnesium cations and silicate anions is the significant reaction dependence on the pH index. In neutral environment, the formation of a solid phase in model solutions was not visually fixed. However, some decrease of water hardness after filtering through "blue tape" filter paper is still observed. And it is decrease with increasing of pH index. The most effective softening process can be obtained at pH levels > 10. It was not possible to obtain any positive results during study of settling and filtering processes of the formed solid phase. At the same time, the ratio between the components and the initial water hardness does not affect the clarification process practically. However, sodium silicate can be quite effective in stoichiometric or higher ratios. But a significant disadvantage of such method is a pH index increasing when the components are mixed. It requires futher adjusting the pH level in the treated water. And this is aditional stage of water treatment. It was not possible to obtain positive results when aluminum hydroxide was used as a settling and filtering intensifier. With the ratio K = [SiO3 2-, mg-eq]/[Mg2+, mg-eq] = 1 and different doses of aluminum ions, there is no significant intensification of sedimentation processes in the range of aluminum ions doses from 10 to 70 mg/dm3 . And with aluminum doses less than 30 mg/dm3 , there is even inhibition of the settling process. Like in the case of sodium silicate silicate treatment of magnesium containing solutions, the precipitation of calcium silicate strongly depends on the pH level. High efficiency of process is observed only in a highly alkaline environment. Under other conditions, the softening efficiency is significantly reduced. With an excess or lack of a precipitant, more compact particles are formed. The settling process for such particles occur more faster. At the same time, for a stoichiometric or near ratio between the components, particles of the branched structure are formed. Such particles settle twice slowly and occupy a larger imaginary volume. With a stoichiometric ratio of components, the speed is significantly slowed down, and when K = [SiO3 2-, mg-eq]/[Ca2+, mg-eq] ≥ 1,0 all filter pores are blocked during the first 10 min and liquid phase transportation stops. Reducing the initial water hardness to 20 mg-eq/dm3 does not significantly change the situation. Clarification of the suspension occurs partially. A significant amount of suspended particles remains in the mother solution. The flocculating ability of silicon compounds does not appeared under these conditions. When the content of calcium ions is reduced to 10,2 mg-eq/dm3 , treatment with an equivalent amount of sodium silicate does not lead to a solid phase formation. Although after filtering through the "blue tape" filter the water hardness decreases. At the same time, the filtration properties of the solid phase formed during the softening process are the same as the filtration properties of carbonates, phosphates and hydroxides, so the reagent cannot be recommended for use in low- and medium-productivity systems, where the filtration is a main phase separation process.
dc.format.pagerangeС. 62-70
dc.identifier.citationДослідження ефективності процесів пом’якшення води силікатом натрію / Радовенчик Я. В., Гордієнко К. Ю., Бакуновський О. О., Іванова В. П. // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2024. – № 2 (23). – С. 62-70. – Бібліогр.: 10 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2024.307362
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/70794
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 2 (23)
dc.subjectпом’якшення
dc.subjectсилікати
dc.subjectкальцій
dc.subjectмагній
dc.subjectвидалення
dc.subjectwater softening
dc.subjectsilicates
dc.subjectcalcium
dc.subjectmagnesium
dc.subjectremoval
dc.subject.udc628.164-926.41
dc.titleДослідження ефективності процесів пом’якшення води силікатом натрію
dc.title.alternativeStudy of the efficiency of sodium silicate water softening processes
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
62-70.pdf
Розмір:
1013.41 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 2 (23)