CC BY
11
УДК 661.183.2; 66.087.4 Ненашева А.С., Гайдукова А.М.
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ АКТИВНОГО УГЛЯ МАРКИ «ОУ-А» ИЗ СТОЧНЫХ ВОД В ПРИСУТСТВИИ ХЛОРИДА ЖЕЛЕЗА
Ненашева Анастасия Сергеевна, студентка 1 курса магистратуры кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, e-mail: elena6896@mail.ru;
Гайдукова Анастасия Михайловна, к.т.н., старший преподаватель кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В настоящей работе исследовано влияние коагулянта хлорида железа на извлечение из сточных вод активного осветляющего угля марки А. Изучено влияние рН среды и концентрации коагулянта на степень извлечения угля марки «ОУ-А» в процессе электрофлотационной обработки.
Ключевые слова: электрофлотация, активированный уголь, коагулянт, степень извлечения, pH среды, хлорид железа.
ELECTROFLOTATION EXTRACT OF ACTIVE COAL OF MARK OU-A FROM SEWAGE WATER IN THE PRESENCE OF IRON CHLORIDE
Nenasheva Anastasiya Sergeevna, Gaydukova Anastasiya Mikhaylovna.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In the present work, the effect of iron chloride coagulant on the extraction of active grade A. clarifying coal from wastewater is studied. The effect of pH of the medium and the concentration of coagulant on the degree of extraction of OU-A coal in the course of electro-flotation treatment is studied.
Keywords: electroflotation, activated carbon, coagulant, the degree of extraction, pH of solution, FeCl3.
На сегодняшний день одной из самых глобальных проблем экологии является загрязнение водных ресурсов планеты. Одним из основных источников загрязнения считаются сточные воды промышленных предприятий. Многие их таких предприятий в качестве добавок применяют так называемые высокодисперсные углеродные материалы (ВДУМ). ВДУМ - это материалы, имеющие размер частиц от 10-9 до 10-6 м и удельную поверхность, равную сотням м2/г. Активированные угли (АУ), углеродные наноматериалы и сажи являются основными представителями ВДУМ. Достаточно высокая сорбционная способность таких материалов по отношению к органическим веществам и ионам металлов переводит их в наиболее опасную группу веществ, способных загрязнять биосферу.
Поскольку полностью избежать загрязнения пресных вод в производстве по техническим и экономическим причинам не удается, перед сбросом их необходимо очищать.
В настоящее время существует множество способов очистки сточных вод от различных загрязнений. Одним из наиболее эффективных и с точки зрения экономики перспективных методов извлечения загрязнений является электрофлотация, которая осуществляется тонкодисперсными пузырьками водорода и кислорода, образующимися в результате электролиза воды [1].
Целью данной работы являлось определение возможности электрофлотационного извлечения активированного угля марки «ОУ-А» из водных растворов в присутствии коагулянта РеС13 различной концентрации.
Методика и материалы
В данной работе был исследован активный осветляющий уголь марки А. Изготавливается «ОУ-А» из древесины березы под воздействием водяного пара при температуре 800-950 С с последующим измельчением. Технические характеристики активированного угля марки «ОУ-А» приведены в таблице 1 [2].
Таблица 1. Технические характеристики активированного угля марки «ОУ-А» [2]
Показатель Адсорбционная активность Массовая доля, %
по метиленовому голубому, мг/г по мелассе, %
золы общей золы водорастворимой соединений железа -С 3+ в пересчете на Fe влаги
ОУ-А 225 100 10 2 0,2 10
Исследование АУ проводили в водном растворе фонового электролита 1 г/л №С1. Остаточную концентрацию, а также степень извлечения коагулянта измеряли фотометрическим методом с сульфасалициловой кислотой на спектрофотометре СФ-2000 [3]. Концентрацию угля марки «ОУ-А» определяли с помощью портативного измерителя мутности (турбидиметр) Ш98703-02.
Эффективность процесса извлечения АУ из раствора оценивали по степени извлечения а, %, которую можно рассчитать по формуле (1):
где Сисх и Скон - исходная и конечная концентрация активированного угля.
Извлечение частиц активированного угля осуществляли в лабораторной непроточной электрофлотационной установке с нерастворимым анодом (рис.1).
Результаты и их обсуждения Зависимость степени извлечения
активированного угля марки «ОУ-А» от рН среды без добавок и при добавлении коагулянта представлена в таблице 2.
Таблица 2. Влияние коагулянта РеС13 на процесс электрофлотационного извлечения АУ из раствора при различных
Степень извлечения угля после электрофлотации а, %
рН 5 мин 10 мин 20 мин
Без добавок С коагулянтом Без добавок С коагулянтом Без добавок С коагулянтом
4 1 31 1 93 3 96
5 5 65 7 32 10 30
6 3 5 3 6 5 12
7 1 2 2 3 8 5
8 6 3 9 3 10 4
9 4 1 6 4 10 10
10 2 16 4 8 4 6
11 1 1 2 3 4 6
Условия эксперимента: С(ОУ-А) = 200 мг/л, C(NaCl) = 1 г/л, i = 0,4 А/л, Сисх(коаг.) = 25 мг/л
По результатам таблицы 2 видно, что в водном растворе без добавок степень извлечения активированного угля невысока и не превышает 10%. Очевидно, что добавление коагулянта способствует повышению эффективности процесса электрофлотационного извлечение АУ из раствора. Максимальное значение степени извлечения активированного угля ОУ-А наблюдается при рН = 4 (а = 95 % после 20 минут электрофлотации).
Стоит отметить, что процесс электрофлотации при значении рН = 4 и 5 сопровождался
образованием поверхностного слоя из угля и частиц желтого цвета, что свидетельствует об извлечении коагулянта вместе с углем. Это подтверждается экспериментальными данными, приведенными в таблице 3.
Также были проведены исследования по влиянию концентрации БеОз на процесс электрофлотационного извлечения ОУ-А из водного раствора при рН = 4 и 5. Данные приведены в таблицах 4-5.
Таблица 3. Остаточная концентрация ионов железа (III) после сорбции и процесса электрофлотации раствора,
рН Концентрация коагулянта, мг/л
После сорбции После электрофлотации с последующей фильтрацией
10 мин 5 мин 10 мин 20 мин
4 17 1 <0,1 <0,1
5 1 <0,1 1 1
6 5 2 2,5 3
7 2 0,1 <0,1 <0,1
8 0,5 3 2 <0,1
9 7 1,5 2 <0,1
10 1,5 3,5 4,5 2
11 2 5 2,5 1
Условия эксперимента: С(ОУ-А) = 200 мг/л, C(NaCl) = 1 г/л, i = 0,4 А/л, Сисх(ЕвС1з) = 25 мг/л
Таблица 4. Влияние концентрации коагулянта FeCl3 на процесс электрофлотационного извлечения АУ из раствора при рН = 4 и 5__
Концентрация Fe3+, мг/л Степень извлечения АУ после электроф шотации а, %
5 мин 10 мин 20 мин
рН=4 рН=5 рН=4 рН=5 рН=4 рН=5
15 35 17 86 3 89 1
25 31 65 93 32 96 30
35 59 42 94 6 97 4
Условия эксперимента: С(ОУ-А) = 200мг/л, C(NaCl) = 1 г/л, i = 0,4 А/л
Таблица 5. Остаточная концентрация коагулянта FeCl3 после сорбции и процесса электрофлотации водного раствора, содержащего АУ и хлорид железа (Ш) различной концентрации при значениях рН = 4 и 5_
Исходная концентрация Fe3+, мг/л Концентрация коагулянта, мг/л
После сорбции После электрофлотации с последующей фильтрацией
10 мин 5 мин 10 мин 20 мин
рН=4 рН=5 рН=4 рН=5 рН=4 рН=5 рН=4 рН=5
15 0,1 <0,1 <0,1 4 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1
25 17 1 1 <0,1 <0,1 1 <0,1 1
35 21 16 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1
Условия эксперимента: С(ОУ-А) = 200 мг/л, C(NaCl) = 1 г/л, i = 0,4 А/л
Очевидно, что повышение концентрации коагулянта ведет к увеличению степени извлечения из раствора угля (а = 97% при рН=4 после 20 минут электрофлотации). Целесообразно добавлять хлорид железа (III) в количестве 25 мг/л, поскольку разница в степени извлечения угля с добавлением 35 мг/л после 10 и 20 минут электрофлотационной обработки составляет лишь 1% при рН=4. Для рН = 5 при данной концентрации коагулянта степень извлечения угля самая высокая и составляет 65% после 5 минут электрофлотации.
Из полученных экспериментальных данных (таблица 5) видно, что железо эффективно извлекается из раствора в процессе электрофлотационной обработки.
Заключение
Таким образом, в ходе работы были получены новые данные по электрофлотационному извлечению активированного угля марки «ОУ-А» из водных растворов, а также представлены результаты по извлечению АУ в присутствии коагулянта FeCl3 в широком диапазоне рН. Установлено, что добавление ионов трехвалентного металла интенсифицирует процесс извлечения угля после электрофлотации до 96% при рН = 4. При этом остаточная концентрация коагулянта после 20 минут электрофлотационной обработки с последующей фильтрацией раствора составляет менее 0,1 мг/л.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Соглашения о предоставлении субсидии №14.583.21.0068 от 22 ноября 2017 г., уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI58317X0068.
Список литературы
1. Колесников В.А. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий / В.А. Колесников, В.И. Ильин, Ю.И. Капустин и др.: Под ред. В.А. Колесникова. - М.: Химия, 2007. - 304 с.
2. ГОСТ 4453-74 Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный [Электронный ресурс] / URL: http://gostrf.eom/normadata/1/4294823/4294823851.pdf (дата обращения: 14.06.2019).
3. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в природных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой [Электронный ресурс] / URL: http://does.entd.ru/doeument/898902517 (дата обращения: 14.06.2019).
