Утилізація відходів водопідготовки з одержанням кальцій нітрату

Автор(и)

  • Olena Korchuganova Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400, Україна https://orcid.org/0000-0002-6858-9857
  • Iryna Afonina Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400, Україна https://orcid.org/0000-0003-3165-2901
  • Pavlo Prygorodov ПРАТ «ЛИНІК» вул. Свердлова, 371, м. Лисичанськ, Україна, 93100, Україна https://orcid.org/0000-0002-4328-3536
  • Victoriya Mokhonko Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400, Україна https://orcid.org/0000-0002-4234-1757
  • Krystyna Kanarova Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400, Україна https://orcid.org/0000-0003-3535-9593

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.141007

Ключові слова:

водопідготовка, вапнування, шлам, кальцій нітрат, коагулянти, розчинення, нітратна кислота, очищення, осадження

Анотація

Дослідження присвячено розробці технології утилізації вапняного шламу водопідготовки з одержанням кальцієвої селітри.

Встановлено, що відходи водопідготовки за хімічним складом відрізняються від природної сировини – вапняку, який традиційно використовують для одержання кальцій нітрату. Шлам, що утворюється на стадії вапнування води містить близько 70 % кальцій карбонату,досить велику кількість заліза, що потрапляє до осаду з розчинами коагулянтів, та органічні домішки. Органічні домішки надходять з річковою водою і осаджуються в результаті коагуляції.

Процес вилучення кальцію розчином кислоти – сталий. Результати добре відтворювались на двох видах відходів різних підприємств. Це пояснюється як високою швидкістю розчинення кальцій карбонату в нітратній кислоті, так і схожим хімічним складом відходів.

До розчину потрапляють не тільки сполуки кальцію але й заліза та органічна складова шламів вапнування. Для очищення розчину запропоновано схему процесу, до якої повинні входити стадії окиснення розчину та наступного осадження заліза.

Концентрація заліза в експериментальних розчинах складала до 6 г/л. За допомогою розрахунків рівноваги осад – розчин з’ясовано, що в області низьких концентрацій нітратної кислоти залізо буде випадати в розчин, а кальцій в ньому лишатися. Зменшення концентрації проводили додаванням чистого кальцій карбонату.

Проведено кінетичні дослідження процесу осадження заліза на модельних розчинах залізо (ІІІ) нітрату. Одержано кінетичне рівняння другого порядку. Розраховано енергію активації процесу, значення якої ~ 37 кДж/моль свідчить про перебіг процесу осадження в перехідній області. Залишок містить близько 40 % заліза і може застосовуватися для одержання коагулянтів.

Застосування запропонованого методу дозволить найбільш повно використовувати відходи водопідготовки

Біографії авторів

Olena Korchuganova, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімії та охорони праці

Iryna Afonina, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400

Кандидат психологічних наук

Навчально-науковий інститут міжнародних відносин

Pavlo Prygorodov, ПРАТ «ЛИНІК» вул. Свердлова, 371, м. Лисичанськ, Україна, 93100

Провідний фахівець

Відділ планування та управління ефективністю 

Провідний фахівець Відділ планування та управління ефективністю

Victoriya Mokhonko, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400

Кандидат геологічних наук, доцент

Кафедра хімічної інженерії та екології

Krystyna Kanarova, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля пр. Центральний, 59а, м. Сєвєродонецьк, Україна, 93400

Аспірант

Кафедра хімії та охорони праці

Посилання

  1. Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., Tchobanoglous, G. (2012). MWH’s Water Treatment: Principles and Design. John Wiley & Sons, Inc. doi: https://doi.org/10.1002/9781118131473
  2. Ordóñez, R., Moral, A., Hermosilla, D., Blanco, Á. (2012). Combining coagulation, softening and flocculation to dispose reverse osmosis retentates. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18 (3), 926–933. doi: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2011.08.004
  3. Blaisi, N. I., Roessler, J., Cheng, W., Townsend, T., Al-Abed, S. R. (2015). Evaluation of the impact of lime softening waste disposal in natural environments. Waste Management, 43, 524–532. doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.06.015
  4. Waste disposal sites. Department of Ecology and Natural Resources of Luhansk Oblast State Administration. Available at: http://www.eco-lugansk.gov.ua/2013-12-12-00-50-06-3/2013-12-12-00-50-06-3/mvv
  5. Petruzzelli, D. (2000). Coagulants removal and recovery from water clarifier sludge. Water Research, 34 (7), 2177–2182. doi: https://doi.org/10.1016/s0043-1354(99)00357-7
  6. Jangkorn, S., Kuhakaew, S., Theantanoo, S., Klinla-or, H., Sriwiriyarat, T. (2011). Evaluation of reusing alum sludge for the coagulation of industrial wastewater containing mixed anionic surfactants. Journal of Environmental Sciences, 23 (4), 587–594. doi: https://doi.org/10.1016/s1001-0742(10)60451-2
  7. Zhou, Z., Yang, Y., Li, X., Gao, W., Liang, H., Li, G. (2012). Coagulation efficiency and flocs characteristics of recycling sludge during treatment of low temperature and micro-polluted water. Journal of Environmental Sciences, 24 (6), 1014–1020. doi: https://doi.org/10.1016/s1001-0742(11)60866-8
  8. Zhang, L. (2013). Production of bricks from waste materials – A review. Construction and Building Materials, 47, 643–655. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.05.043
  9. Benlalla, A., Elmoussaouiti, M., Dahhou, M., Assafi, M. (2015). Utilization of water treatment plant sludge in structural ceramics bricks. Applied Clay Science, 118, 171–177. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.09.012
  10. Chiang, K.-Y., Chou, P.-H., Hua, C.-R., Chien, K.-L., Cheeseman, C. (2009). Lightweight bricks manufactured from water treatment sludge and rice husks. Journal of Hazardous Materials, 171 (1-3), 76–82. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.05.144
  11. Pavlík, Z., Fořt, J., Záleská, M., Pavlíková, M., Trník, A., Medved, I. et. al. (2016). Energy-efficient thermal treatment of sewage sludge for its application in blended cements. Journal of Cleaner Production, 112, 409–419. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.09.072
  12. Lin, K. L., Chiang, K. Y., Lin, C. Y. (2005). Hydration characteristics of waste sludge ash that is reused in eco-cement clinkers. Cement and Concrete Research, 35 (6), 1074–1081. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.11.014
  13. Mageed, A. A., Rizk, S. A., Abu-Ali, M. H. (2011). Utilization of water treatment plants sludge ash in brick making. Journal of Engineering Sciences Assiut University, 39 (1), 195–206.
  14. Cheng, W., Roessler, J., Blaisi, N. I., Townsend, T. G. (2014). Effect of water treatment additives on lime softening residual trace chemical composition – Implications for disposal and reuse. Journal of Environmental Management, 145, 240–248. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.07.004
  15. Hu, D., Zhou, Z., Niu, T., Wei, H., Dou, W., Jiang, L.-M., Lv, Y. (2017). Co-treatment of reject water from sludge dewatering and supernatant from sludge lime stabilization process for nutrient removal: A cost-effective approach. Separation and Purification Technology, 172, 357–365. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.08.032
  16. Peter, A. (Ed.) (1996). Industrial Minerals and Their Uses: A Handbook & Formulary. William Andrew Inc., 647.
  17. Beglov, B., Namazov, S., Dodahodzhaev, A., Yuldashev, S., Ibragimov, G. (2001). Calcium nitrate. It’s properties, production and application in agriculture. MeKchnat, Tashkent.
  18. Calcium Nitrate Market by Application (Wastewater Treatment Chemicals, Fertilizers, Concrete Manufacturing, Explosives and Others) – Global Industry Perspective, Comprehensive Analysis, Size, Share, Growth, Segment, Trends and Forecast, 2015–2021. Available at: https://www.zionmarketresearch.com/report/calcium-nitrate-market
  19. Rodríguez, F. J., Núñez, L. A. (2011). Characterization of aquatic humic substances. Water and Environment Journal, 25 (2), 163–170. doi: https://doi.org/10.1111/j.1747-6593.2009.00205.x
  20. Guardia, M. de la, Garrigues, S. (Eds.) (2012). Handbook of Green Analytical Chemistry. Wiley, 566. doi: https://doi.org/10.1002/9781119940722
  21. Harvey, D. (2000). Modern Analytical Chemistry. McGraw-Hill Companies, Boston, 816.
  22. Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., Tchobanoglous, G. (2012). MWH’s Water Treatment: Principles and Design. John Wiley & Sons, Inc. doi: https://doi.org/10.1002/9781118131473 Ordóñez, R., Moral, A., Hermosilla, D., Blanco, Á. (2012). Combining coagulation, softening and flocculation to dispose reverse osmosis retentates. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18(3), 926–933. doi: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2011.08.004 Blaisi, N. I., Roessler, J., Cheng, W., Townsend, T., Al-Abed, S. R. (2015). Evaluation of the impact of lime softening waste disposal in natural environments. Waste Management, 43, 524–532. doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.06.015 Waste disposal sites. Department of Ecology and Natural Resources of Luhansk Oblast State Administration. Available at: http://www.eco-lugansk.gov.ua/2013-12-12-00-50-06-3/2013-12-12-00-50-06-3/mvvPetruzzelli, D. (2000). Coagulants removal and recovery from water clarifier sludge. Water Research, 34(7), 2177–2182. doi: https://doi.org/10.1016/s0043-1354(99)00357-7 Jangkorn, S., Kuhakaew, S., Theantanoo, S., Klinla-or, H., Sriwiriyarat, T. (2011). Evaluation of reusing alum sludge for the coagulation of industrial wastewater containing mixed anionic surfactants. Journal of Environmental Sciences, 23(4), 587–594. doi: https://doi.org/10.1016/s1001-0742(10)60451-2 Zhou, Z., Yang, Y., Li, X., Gao, W., Liang, H., Li, G. (2012). Coagulation efficiency and flocs characteristics of recycling sludge during treatment of low temperature and micro-polluted water. Journal of Environmental Sciences, 24(6), 1014–1020. doi: https://doi.org/10.1016/s1001-0742(11)60866-8 Zhang, L. (2013). Production of bricks from waste materials – A review. Construction and Building Materials, 47, 643–655. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.05.043 Benlalla, A., Elmoussaouiti, M., Dahhou, M., Assafi, M. (2015). Utilization of water treatment plant sludge in structural ceramics bricks. Applied Clay Science, 118, 171–177. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.09.012 Chiang, K.-Y., Chou, P.-H., Hua, C.-R., Chien, K.-L., Cheeseman, C. (2009). Lightweight bricks manufactured from water treatment sludge and rice husks. Journal of Hazardous Materials, 171(1-3), 76–82.doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.05.144 Pavlík, Z., Fořt, J., Záleská, M., Pavlíková, M., Trník, A., Medved, I. et. al. (2016). Energy-efficient thermal treatment of sewage sludge for its application in blended cements. Journal of Cleaner Production, 112, 409–419.doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.09.072 Lin, K. L., Chiang, K. Y., Lin, C. Y. (2005). Hydration characteristics of waste sludge ash that is reused in eco-cement clinkers. Cement and Concrete Research, 35 (6), 1074–1081. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.11.014 Mageed, A.A., Rizk, S.A., Abu-Ali, M.H. (2011). Utilization of water treatment plants sludge ash in brick making. Journal of Engineering Sciences Assiut University, 39 (1), 195–206.Cheng, W., Roessler, J., Blaisi, N. I., Townsend, T. G. (2014). Effect of water treatment additives on lime softening residual trace chemical composition – Implications for disposal and reuse. Journal of Environmental Management, 145, 240–248.doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.07.004 Hu, D., Zhou, Z., Niu, T., Wei, H., Dou, W., Jiang, L.-M., Lv, Y. (2017). Co-treatment of reject water from sludge dewatering and supernatant from sludge lime stabilization process for nutrient removal: A cost-effective approach. Separation and Purification Technology, 172, 357–365.doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.08.032 Peter,A. (Ed.) (1996). Industrial Minerals and Their Uses: A Handbook & Formulary. William Andrew Inc.,647. Beglov, B., Namazov, S., Dodahodzhaev,A., Yuldashev, S., Ibragimov, G.(2001). Calcium nitrate. It’s properties, production and application in agriculture. MeKchnat, Tashkent.Calcium Nitrate Market by Application (Wastewater Treatment Chemicals, Fertilizers, Concrete Manufacturing, Explosives and Others) – Global Industry Perspective, Comprehensive Analysis, Size, Share, Growth, Segment, Trends and Forecast, 2015–2021. Available at: https://www.zionmarketresearch.com/report/calcium-nitrate-marketRodríguez, F. J., Núñez, L. A. (2011). Characterization of aquatic humic substances. Water and Environment Journal, 25(2), 163–170. doi: https://doi.org/10.1111/j.1747-6593.2009.00205.x Guardia, M. de la, Garrigues, S. (Eds.) (2012).Handbook of Green Analytical Chemistry. Wiley, 566.doi: https://doi.org/10.1002/9781119940722 Harvey, D. (2000). Modern Analytical Chemistry.McGraw-Hill Companies, Boston, 816.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-08-27

Як цитувати

Korchuganova, O., Afonina, I., Prygorodov, P., Mokhonko, V., & Kanarova, K. (2018). Утилізація відходів водопідготовки з одержанням кальцій нітрату. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (94), 46–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.141007

Номер

Том 4 № 10 (94) (2018): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Olena Korchuganova, Iryna Afonina, Pavlo Prygorodov, Victoriya Mokhonko, Krystyna Kanarova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.