CC BY
13
УДК 339.138:628.477.6
Щербакова Г.А., Колесников А.В., Колесников В.А.
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОЛИОКСИХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ
Щербакова Галина Александровна, студентка 2 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга; e-mail: gala.sherbakowa@gmail.com
Колесников Артём Владимирович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии. Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
В данной статье представлено исследование, посвящённое очистке сточной воды от композиций полиоксихлорида алюминия и поверхностно-активных веществ методом электрофлотации. Ключевые слова: электрофлотация, поверхностно-активные вещества, полиоксихлорид алюминия
ELECTROFLOTATION POLYOXYCHLORIDE ALUMINIUM
Shcherbakova Galina Alexandrovna, Kolesnikov Artem Vladimirovich, Kolesnikov Vladimir Alexandrovich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article presents a study on the treatment of waste water from the compositions of aluminium polyoxychloride and surface-active substances by electroflotation.
Keywords: electroflotation, surface-active substances, aluminium polyoxychloride
На сегодняшний день здоровье и продолжительность жизни людей во многом зависит от качества питьевой воды. Её функции в организме человека колоссальны. Это и материальный, и энергетический, и кислородный обмен с окружающей средой, и поддержание гомеостаза, и буферизация многих жизненно важных процессов. Существует очень много важных условий для существования жизни, но вода является самым главным из них, ведь все живые организмы на 60-80% состоят из воды.
Работа промышленных предприятий также возможна только при наличии воды. Она входит в состав готового продукта, влияет на чистоту продукции, на охлаждение и поддержание температуры технологических процессов и материалов. Но интенсифицированная
производственная деятельность влечёт за собой большое количество сточных вод. С неочищенными или недостаточно очищенными производственными отходами, в водоёмы попадает широкий спектр токсичных веществ, приводящий к серьёзным угрозам, таким как загрязнение грунтовых вод, разрушение озонового слоя, вспышки инфекционных заболеваний, вымирание флоры и фауны и другим катастрофическим последствиям. Поэтому уже сейчас необходимо предпринимать меры по предотвращению утилизации сточной воды, не прошедшую очистку различной степени и глубины [1].
С экологической точки зрения, гальванические предприятия представляют наиопаснейшие производства из всех существующих. Это объясняется тем, что самый большой вред человеческому организму наносят ионы тяжёлых металлов, на порядок превышая воздействие разливов нефти, химических удобрений, радиоактивных отходов и шума.
Прежде чем утилизировать производственные отходы, необходимо подробно изучить процесс
очистки реальных сточных вод гальванических производств. Важно понимать, что не существует чёткой концепции обезвреживания жидких отходов промышленных предприятий (растворы, сточные воды). Поэтому первостепенной задачей является разработка различных технологических схем в зависимости от состава сточных вод, а также требований, предъявляемых к степени очистки и качеству воды. Кроме того, необходимо создание новых конструкций аппаратов для более быстрого и эффективного применения разработанных технологий с учётом ресурсосберегающих технологий и экономической целесообразности [1].
Существует великое множество методов очистки сточных вод и один из наиболее универсальных и эффективных способов является электрофлотация. Она отличается высокой надёжностью, простотой конструкции установки, возможностью автоматизации, отсутствием вторичного загрязнения воды, а также высокой степенью очистки от примесей взвешенных веществ, тяжелых металлов и органических соединений [2].
Данный метод очень популярен при совместном использовании с коагулянтами различной природы. В данной работе был исследован алюминиевый коагулянт UltraPAC. В зависимости от pH гидроксохлорид алюминия формирует соединения, обеспечивающие эффективную адсорбцию загрязнений на высокоразвитой внутренней поверхности, очищая воды от большинства загрязнений уже на первом этапе очистки. UltraPAC это коагулянт с высоким содержанием высокомолекулярного полимерного алюминия, не имеющий, аналогов на Российском рынке. Преимуществом полиоксихлорида алюминия является меньшее солесодержание, по сравнению с тем, которое образуется в результате использования сульфата алюминия, что следует учитывать при подготовке
воды для нужд теплоэнергетики и некоторых других производств.
В качестве показателя эффективности процесса была выбрана степень извлечения полиоксихлорида алюминия а, %:
Спех-Ска к
а =-* 100%
Сисх
Сначала установили влияние вида фонового электролита, а также введение анионного поверхностно-активного вещества КаБББ
(додецилсульфат натрия) на процесс очистки воды от ионов алюминия концентрацией 50 мг/л.
Проведённый анализ показал, что добавление в систему додецилсульфата натрия значительно улучшает процесс извлечения полиоксихлорида алюминия, увеличивая эффективность процесса до 9599% при фоновых электролитах №С1 и №2304 соответственно. Дополнительная микрофильтрация в большинстве случаев увеличивает степень извлечения до 99% (рис.1)
I.
|Ча2504 №С| N81403 ГЧа2СОЗ ГЧаР ГЧаЗР04
■ без ПАВ а,% "с ПАБ а, %
Рисунок 1. Степень электрофлотационного извлечения А1(ОН)2С1 при введении ПАВ, %
Условия эксперимента: с(А13+) - 50 мг/л, с(фон) - 1г/л, с(аПАВ (ЫаВВБ)) - 5 мг/л, Jv - 0.4 А/л, т = 20мин, рН- 7
Далее изучили влияние вида фонового электролита и введение додецилсульфата натрия на процесс очистки воды от ионов алюминия концентрацией 100 мг/л.
Эксперимент подтвердил влияние фоновых электролитов и ПАВ на эффективность процесса электрофлотации. Приведённые данные на рисунке 2 отражают закономерность, которую можно наблюдать и на рисунке 1.
.1 .1 .1
NaCl
NaNOJ Na 2 С 03
■ безНА»и, % ас ПАВ и, %
Рисунок 2. Степень электрофлотационного извлечения А1(ОН)2С1 при введении ПАВ, %
Условия эксперимента: с(А13+) - 100 мг/л, с(фон) - 1г/л, с(аПАВ (МаОБ8)) - 5 мг/л, Jv - 0.4 А/л, т = 20мин, рН - 7
В подавляющем большинстве случаев дополнительная микрофильтрация увеличивала степень извлечения до 99%.
Определив, что сульфатный, хлоридный и нитратный электролиты являются оптимальными, дальнейшие эксперименты продолжали с их использованием.
Далее изучили влияние водородного показателя, получив зависимости степени электрофлотационного извлечения алюминия от величины рН.
Таблица 1. Степень ЭФ извлечения А1(ОН)2С1, %
pH аэФ, % (Na2SO4) аэФ, % (NaCl) аэФ, % (NaNO3)
5 50 6 5
6 93 81 3
7 97 93 87
8 97 66 56
9 93 36 32
10 71 39 13
Условия эксперимента: c(Al ) - 100 мг/л, с(электролит) - 1г/л, с(аПАВ (NaDDS)) - 5 мг/л, Jv - 0.4 А/л, т = 20мин
Таблица 2. Степень ЭФ извлечения Al(OH)2Cl с
pH аэФ+Ф,% (Na2SO4) аэФ+Ф, % (NaCl) аэФ+Ф, % (NaNO3)
5 97 33 19
6 99 90 26
7 99 99 97
8 99 99 96
9 97 94 93
10 81 80 75
с(аПАВ (NaDDS)) - 5мг/л, Jv - 0.4 А/л, т = 20мин
Таким образом, было установлено, что добавление NaDDS в систему расширяет диапазон извлечения Al(OH)2Cl. Наиболее эффективно процесс протекает при pH - 7,8, достигая степени извлечения 97% (в сульфатном фоне) спустя 20 минут процесса. При pH - 5 процесс электрофлотации подавляется и степень извлечения составляет 50%. При pH = 10 алюминий начинает растворяться, о чём свидетельствует процесс микрофильтрации. Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева (проект № З-2020-004).
Список литературы
1. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И. и др. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий / Под. ред. Колесникова В.А. М.: Химия, 2007.
2. Колесников В. А., Колесников А. В., Ильин В. И. Электрофлотация в очистке сточных вод от нефтепродуктов, красителей, ПАВ, лигандов и биологических загрязнений. обзор. Часть 2 // ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ Издательство: Федеральное государственное унитарное предприятие Академический научно-издательский, производственно-полиграфический и книгораспространительский центр Наука (Москва) ISSN: 0040-3571. — 2019. — Т. 53, № 2. — С. 205-228.
