1. Тақырыпқа аналитикалық шолу

   1. Өндірістік ақаба суларды тазалау әдістері

Су тоғандар негізінде ақаба су қабылдағыш болып табылады. Ағынды суды су тоғанына тастау алдында құрамына байланысты жартылай немесе толық тазалау қажет. Су тоғанында ақаба сумен түсетін органикалық заттарды тотықтыру үшін қолданылатын белгілі оттегі қоры болатыны бәрімізге белгілі. Сонымен су тоғанының өздігімен тазалау қабілеті болады, яғни микроорганизмдер-минерализаторлар әсерімен органикалық заттарды тотықтыру жүреді. Бірақ, тотықтыру барысында су тоғанындағы еріген оттегінің құрамы төмендейді. Бұдан тазалау ғимаратындағы ақаба сулардың тазалау дәрежесі төмендеуі жүреді. Бірақ су тоғанының, оның ішінде өзеннің оттегі балансы ақаба суды толық тазаламай-ақ үлкен массасын қабылдаса да, су тоған мүмкіндіктерін жоғарылатуға болмайды. Қандай да бір су тоғаны болмасын - ол көпшілік шомылуға арналған, архитектуралық декоративті және санитарлық мәні бар тоған болады. Барлық су тоғандары ауыз-су мен мәдени – тұрмыстық бағытта және балық шаруашылығында қолданылады.

Ауыз-су мен мәдени-тұрмыстық жағдайда қолданылатын су тоғандар өз кезегінде екіге бөлінеді. Бірінші түріне орталықтандырылған және орталықтандырылмаған ауыз-су мен қамтамассыз етуде, сондай-ақ тамақ өнеркәсібін сумен қамтамассыз етуде қолданылатын су тоған учаскелері жатады. Екінші түріне шомылуға, спорт пен демалысқа қолданылатын су тоғандары, сондай-ақ елді-мекен ішіндегі су тоғандары жатады.

Су тоғанындағы су белгілі қасиеттерімен сипатталады және белгілі құрамды болады. Ақаба сумен араласқаннан кейін су тоғанында еріген оттегі мөлшері жылдың қандай да периодында болмасын күндізгі сағат 12 алынған үлгіде 4 мг/л төмен болмау керек. ОБҚ су тоғанның бірінші түрі үшін 3 мг/л, ал екінші түрі үшін 6 мг/л аспауы қажет.

Су тоғанына ақаба су түскеннен кейін судағы қалқыма заттардың құрамы су тоғанының I түрі үшін 0,25 мг/л, ал II түрі үшін 0,75 мг/л аспауы керек.

Ақаба сумен араласқаннан кейін су тоғанының рН көрсеткіші – судың активтік реакциясы 6,5 төмен және 8,5 жоғары болмауы тиіс.

Су тоғанының суларына сонымен бірге бояуы, улы заттар, жүзінді қоспалар, ауру тудыратын қоздырғыштар, иіс, дәм, минералдар құрамы және температурасы бойынша нормативті көрсеткіштер қойылған. Улы заттар адам денсаулығына тікелей немесе жанама кері әсер ететін концентрацияда болмағаны абзал.

Балық шаруашылығында қолданылатын су тоғандарының екі түрі болады. I түрі – балықтың бағалы сортын өндіру және сақтау үшін қолданылатын су тоғандар; II түрі – басқа да балық шаруашылығына қолданылатын су тоғандар.

Балық шаруашылағында қолданылатын су тоған суларының көрсеткіштері санитарлы тұрмыстық су тоғандарына қойылатын нормативтерден аспауы тиіс.

Осы көрсеткіштермен қатар балық шаруашылағында қолданылатын су тоғандары үшін жоғары талаптар қойылады. Қыста судағы еріген оттегі мөлшері су тоғанның I түрі үшін 6 мг/л, ал II түрі үшін 4 мг/л төмен болмауы керек. Оттегінің биохимиялық қажеттілігі (ОБҚ_толық) 3 мг/л аспауы керек. Улы заттар балықтарға және балықтарға қорек ретіндегі организмдерге тікелей немесе жанама кері әсер ететін концентрацияда болмағаны абзал.

Өндірістік ақаба суларды тазалау үшін мехеникалық, физикалық-химиялық, химиялық және биохимиялық тазалау әдістері қолданылады. Ақаба сулардан негізінен минералдық ластаушыларды шығару үшін, сондай-ақ алдын-ала тазалауда механикалық тазалау (сүзу, тұндыру, гидроциклондарда жарықтандыру) қолданылады. Механикалық тазалаудан кейін судан органикалық ластаушыларды шығару үшін биохимиялық тазалау қолданылады.

Кейбір өндірістік ақаба сулар үшін химиялық немесе физикалық-химиялық тазалау әдістерін қолданған тиімді, мысалы, ағынды сулардан ауыр металл иондарын және улы қосылыстарды шығару үшін. Ақаба суларды тазалаудың физикалық-химиялық әдістеріне сорбция, экстракция, коагуляция, флотация, электролиз, ион алмасу, кристалдау және т.б. процестерді жатқызуға болады.

Ақаба суды химиялық тазалау суға енгізілген реагентер мен ластаушылар арасында реакция нәтижесінде жүргізіледі, мысалы, тұнбаға түсетін қосылыстарды түзу немесе газ бөліну реакциялары. Химиялық тазалау процестеріне келесі әдістер жатады: коагуляция, бейтараптау және химиялық тотықтыру. Тазартудың соңғы процесіне озондауды, яғни органикалық ластаушыларды озон әсерімен тотықтыруды жатқызуға болады.

Ағында сулардан бағалы затарды алу нәтижесінде жүргізілетін тазалау әдістерін регенеративті деп атайды. Егер ақаба суды тазалау нәтижесінде ластаушылар ыдыраса және ыдырау өнімі судан шығарылса немесе су тоғанында зиян емес қосылыстар түзілсе, ондай әдістерді деструктивті деп атайды.

Биохимиялық тазалау әдістері микроорганизмдердің тіршілік әрекетін қолдануға негізделген. Бұл микроорганизмдер тазартылатын суда коллоидты және еріген күйде болатын органикалық заттарды тотықтырады. Биохимиялық әдіспен ақаба суды механикалық тазалаудан кейін суда қалған органикалық ластаушыдан толық тазалауға болады.

Ақаба суларды биологиялық тазалауға арналған ғимараттарды екі негізгі типке бөлуге болады:

- биологиялық тазалау табиғи жағдайда жүзеге асырылатын ғимараттар (сүзу жерлері және биологиялық тоғандар). Ақаба сұйықтық мұндай ғимараттарда топырақтағы және биологиялық тоған суларындағы оттегі қорының арқасында, сондай-ақ топырақ пен суға түскен органикалық ластаушыларды тотықтыратын мимикро организмдер минерализаторлардың тіршілік әрекетінің салдарынан өте баяу тазаланады;

- ақаба суларды тазалау жасанды жағдайда жүзеге асырылатын ғимараттар (мысалы, биологиялық сүзгіштер және аэротенктер). Мұндай ғимараттар арқасында жасанды жағдайда ақаба суды тазалау процестері едәуір тез жүреді.

Өндірістік ақаба сулардың құрамы әр түрлі болады және ол қолданылған өндіріс технологиясына байланысты. Ол үшін тазалау ғимараттарын үнемді пайдалануды қамтамасыз ететін, ақаба сулардан бағалы заттарды алатын және технологиялық процестерде тазаланған ақаба суларды қайта қолданатын немесе оларды техникалық сумен қамтамасыз ету жүйесіне бағыттайтын тазалау әдістерін таңдау қажет.

Өндірістік ақаба суларды тазалау барысында көп мөлшерде тұнба түзіледі, оны өңдеу қажет. Тұнбаны өңдеу тәсілін олардың қасиетіне, ылғалдылығына, ылғал беру қабілетіне және т.б.көрсеткіштеріне байланысты таңдайды. Мысалы, минералды тұнбалар (шламдар) әдетте өңделмейді, олар шлам үйіндісіне жіберіледі. Өндірістік ақаба сулардың тұнбаларын сусыздандыру үшін вакуум-сүзгіштер, сүзгіш-нығыздағыштар және центрифугалар қолданылады. Сусыздандырудан кейін тұнба ылғалдылығы 40-50 % құрайды.

Құрамында зиянды ластаушылар бар өндірістік тұнбалардың кейбір түрлерін алдын-ала кептіргеннен кейін өртеп жібереді. Бұл әдіс, мысалы, мұнай құрамды тұнбаларды жою үшін қолданылады.

Өнеркәсіптік кәсіпорындарда ақаба сулардың мөлшері мен құрамы уақытқа байланысты өзгеріп отырады. Ол өндірістің технологиялық ерекшеліктерімен және технологиялық процесте суды әркелкі шығындаумен шартталған. Су шығынының және құрамының әркелкілігі тазалау ғимараттар жұмысын қиындатады. Осыған байланысты ақаба су шығынын және құрамын орташалау қажеттігі туындайды. Ақаба суды ластаушы заттар концентрациясын орташалау үшін араластырғыштар, тесік бөгетті араластырғыштар, механикалық бұлғауыштар және с.с. қолданылады.

Түсті металдар өндірісінде шлактар мөлшері, басқа балқығаннан шыққан өнімдерден көп алынады. Шлак, металлургия процестер кезінде негізгі химиялық реакциялар жүретін орта болып табылады. Оның қасиеттерімен көп жағдайда, балқығаннан шыққан өнімдердің толық бөлінуі және шихтадағы тотықтардың тотықсыздану дәрежесі, сондай-ақ электр энергиясының меншікті шығыны және процестің басқада негізгі көрсеткіштері анықталынады.

Көп уақытқа дейін шлактардан құрылыс теориясы олардың негіздік және қышқылдық тотықтардың қоспасы ретінде қараудың негізінде өрледі. Олар көбінесе біршама өзара қосылып, күрделі қосылыс түзесе, біршамасы «бос» күйінде болады. Шлактардың құрылысының молекулярлы теориясын Г. Шенков [1] және оның әріптестері ұсынды. Олардың айтуы бойынша шлак – металл (штейн) орнатылатын әртүрлі тепе-теңдік, оның идеалды түрінде әсер етуші массалар заңына сүйенеді.

Сондай-ақ, бос және байланысқан тотықтардың молекулалары жылжығыш химиялық тепе-теңдікте болады, ал әрекеттесетін металдар немесе штейнмен активті тек бос тотықтардың молекулалары болады.

Бұл жағдайда көрінген ауытқулар химимялық қосылыстардан диссоциациясы мен түзілуіне негізделеді. Шенка сызбасын толық қанағаттанарлық ұсыныс деп айтуға болмайды, ол негізгі қосылыстарды таңдау жағынанда тепе-теңдік константасы үшін теңдеуді таңдау жағынанда қанағаттандырарлықтай емес. Бір жағынан молекулярлы теориясынан сапалы негізі шындыққа, мән жайға жауап бере алмайды [2-6].

Молекулярлы теория авторлары гомеполярлы байланыс мәнін жоғары бағалап, шлактағы иондарды қызметін бағаламады.

Шлактар мен шынылардың, силикаттардан құрылысы мен қасиеттері бойынша жиналып қалған тәжірибелік материалдар шлактар құрылысының ионды теориясының шығуына түрткі болады. Бірінші рет металлургиялық шлактардан сұйық штейнмен әрекеттесуінің ионды сипатын В.А.Ванюков 1912-1916 жылдары ұсынды [7,8]. Сонан соң бұл көзқарастарды Тамман [9] және П.Герасименко [6] қоштады. Қазіргі уақытта танымал ғалымдар О.А Есин [2-4, 5, 6, 7], Л.А. Шварцмана, А.М. Самарина, М.И. Темкина [5, 7-12], В.А.Кожеурова [13-18] жұмыстарының негізінде шлактар құрылысының иондар теориясы жоғары бағалануда.

И. Борисов және И. Искаков [19] «Курило» зауытында мырышты шахталы балқытудан шыққан шлактарды зерттеген. Шлактың химиялық құрамы алдында зерттелген шлактардың құрамына сәйкес келді. Онда бірнеше үлгіні, яғни өндіріс шлагін графит тигелде кокс қабатында балқытып (ерітіп) және жайлап суытты. Сол кезде мырыш құрамы үлгіде біршама төмен болады және олардың фазалық құрамы да өзгереді. Шлакті фьюмингілегеннен кейін құрамы:

38,6% FeО; 12,7% Fe₂O₃; 24,8% SiO₂; 13,8% CaO; 5,5% Al₂O₃; 0,12% Pb; 2,6% Zn; 0,58%Cu және 1,1% S. Ал, қорғасын мен мыс онда метал тамшысы түрінде немесе сульфидтер түрінде. Қорғасын гранулденген шлакта байланысқан түрде вюстите, магнетитте және шыныда кездесті.

Н. П. Диев және В.В. Падучев темірлі шлактардың тығыздығын анықтады. Оны есептеу арқылы тапты.[20] Шлакты құрайтын тотықтардың тығыздығы, г /см³; 3,352 СаО; 6,04 FeO; 2,671α SiO₂; 2,502β SiO₂; 2,20 SiO₂;

В. М. Зароченцев және Е. В. Маргунис [21] зерттеулерінде, қорғасынның концентрациясы электролитте 2,5-5,0 г/л –ге тең. Электірлі тұндыру 60-90⁰С жүргізілген. Шлактарды суыту әдісімен ғылыми-зерттеу және жобалау институтының ғалымдары А.Апанасенко т.б. [22] зерттеулерінде металдардың тотығуын төмендету мақсатында ыстық шлакты, суық материалмен араластырады, қатынасы (1-3):1 (суық және ыстық). Шлактарды ШАҚ үрлеуге шихта дайындауды [23] қазақ химия-технологиялық институтында ұсынды. Онда көміртекті тотықсыздандырғышқа кальций хлоридін, натрий хлоридінен қосып процесті тездетіп, көміртекті тотықсыздандырғыштың шығынын азайтып, сондай-ақ тездеткіш ретінде электротермиялық өндірістің қалдығы силуминді қолданады.

Қорғасын өндірісінің қалдығы шаңға күкірт қышқылын қосып гранулденген қоспа дайындап қайнау қабатында 300-400⁰С-та күйдіру жүргізеді [24] Сульфатизирілген күйдірудің нәтижесінде мышьяк пен хлорды айдалу (ұшу) дәрежесі жоғарлайды.

В.И.Маслов және т.б. [25] шлакты балқымадан бағалы заттарды шығару үшін 15-20% салмақты мөлшердегі натрий сульфатын және соданы қалдықтардың 40% салмағына тең мөлшерде алып қосады.

Құрамында қорғасын бар материалдардың өңдеу әдісін Орал политехникалық институтының ғалымдары ұсынды [26] ШАҚ-нан шыққан қалдықтарды күкірт қышқылымен шаймалап электр тогын өткізеді, сонда қорғасынның мөлшері көбейіп, мырышпен кадмийді шығарып алу артады.

Шлактың құрамындағы тотықтар үшін тығыздық келесі түрде болады г/см³: 2,20 SiO₂; 3.35 CaO; 5.2 FeO; 2.3 Al₂O₃;

Зауыттың шлактардың тығыздығы құрамға байланысты 3,2-3,8 аралықта болады. Шлак тығыздығының ондағы FeO құрамына байланыстылығы келесі теңдеумен анықталады:

q = 2.66+0.028% (мол.) FeO

Шлак тығыздығы CaO мен MgO құрамының пропорционалды өсуіне байланысты төмендеуі және температура өсті [3]

Қорғасынды балқытқаннан шыққан шлак 1150 – 1200⁰С балқытылады. Жеңіл балқыған шлактар, мырыш тотықтарынан толық тотықсыздануын қамтамасыз ете алмас еді. Ал, щлактың балқу температурасын жоғарлатсақ, отын шығыны жоғарлайды. Шлактың негізгі мәні пештен темір мен кремнеземді байланыстырып алып шығу, себебі осы қоспалар бастапқы қорғасын концентратында көп мөлшерде кездеседі. [38] FeO мен SiO₂ – тан тұратын шлактар, жоғары меншікті салмақты болғандықтан штейннен жақсы бөлінбейді. Сондай- ақ, осы тотықтардың жеңіл балқығыш балқымалары көп FeO-нан тұрады, ол балқыту кезінде темірді металға дейін тотықсыздануына мүмкіндік жасайды. Кальций тотығы, үшінші компонент болғандықтан шлактың меншікті салмағын төмендетеді және силикаттардан қорғасыннан толық тотықсыздануына көмектеседі, ол келесі реакция бойынша жүреді:

PbO*SiO₂+2CaO+CO=2CaO*SiO₂+Pb+CO₂

Кесте -1 Қорғасынды балқытқаннан шыққан шлактың құрамы,%

SiO2	FeO+MnO	CaO	PbO	Al2O3	Cu	Zn
29,9	37,1	18,5	3,0	9,7	0,1	1,5
35,0	34,3	18,5	6,0	3,6	-	0,9
25,0	37,0	15,0	12,0	8,0	0,16	1,6
24,8	39,8	9,7	18,0	6,9	0,9	2,3
10,7	16,8	4,0	29,1	3,0	0,95	0,9
13,5	41,0	4,7	38,5	-	-	3,0

Құрамында қорғасынның мөлшері жоғары шихтаны балқытқанда, шлакта мқорғасын тотығы біраз мөлшері еритіндей мүмкіндікті қарастыру керек. Шлактағы қорғасын тотығының ерігіштігі FeO мөлшерінің көбейуімен өседі және шлакта SiO₂ және CaO мөлшерінің жоғарлауымен төмендейді. Қорғасынды балқытудан шыққан шлактардың тұтқырлығын егжей – текжей профессор Ф. М. Лоскутов зерттеді [27]. Оның мәліметтері бойынша жақсы, дұрыс таңдап алынған шлактар тұтқырлығы 1200⁰С-та 5 пайыздан көп болмау керек. Шлакта қорғасынның жоғалуы негізінен штейінді толық тұндырмағанға байланысты болады. Қорғасынның тотықсызданбаған тотық түріндегі мөлшері 0,2-0,4%-дан аспайды, соның өзінде оның жалпы мөлшері 1,5-2%-ға дейін жетеді. Ал, шлактағы бағалы металдардың жоғалуы шихтадағы олардың мөлшеріне пропорционал. Алтын мен күмістің негізгі мөлшері шлакта адасқан штейнмен қорғасынның тамшысында жоғалады.

Негізінен шлакта 15г/т дейін күміс бар. Комплекісті аниондардың құрлысы негізінен катион күшімен, бөлшек аралық энергия әрекеттесуімен анықталады және балқыма құрамына және температураға байланысты болады. Силикатты аниондар шлактардың қышқылдығының жоғарлануымен күрделінеді және температураның өсуімен қысқарады.