CC BY
34
УДК 546.6; 546.56; 546.76; 546.72 Хейн ТА.
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИЯ И СЕДИМЕНТАЦИЯ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СМЕСИ ГИДРОКСИДОВ ТЯЖЁЛЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Хейн Тху Аунг, к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 +7(915)332-23-18 spiritlay@yandex.ru
В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований по электрофлотационного и седиментационного процесса в очистке сточных вод от гидроксидов тяжелых и цветных металлов в присутствии флокулянтов и поверхностно-активных веществ (ПАВ). Было установлено, что эффективности степень извлечения очистки сточных вод в процессе электрофлотационный 97% и седиментационный 95%.
Ключевые слова: очистка сточных вод; электрофлотация, седиментация, фильтрация, железо, никель, цинк, кобалт и медь, флокулянты и ПАВ.
ELECTROFLOTATION AND SEDIMENTATION IN THE WASTEWATER FROM THE MIXTURE OF HYDROXIDES OF HEAVY AND NON-FERROUS METALS
Hein T.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this paper, the results of experimental studies on electroflotation and sedimentation process in wastewater treatment from heavy and non-ferrous metal hydroxides in the presence offlocculants and surfactants (PAV). It was founded that the efficiency and recovery rate of wastewater treatment in the process of electroflotation 97% and sedimentation 95%.
Keywords: wastewater treatment; electroflotation, sedimentation, filtration, iron, nickel, zinc, cobalt, copper, flocculants and surfactants (PAV).
Сточные воды причиняют большой вред окружающей среде, когда они выпускаются как промышленные отходы загрязняя водные ресурсы. Существует много различных способов очистки, которые могут быть в целом распределены по трем основным группам, на основе применяемых подходов: механические, химические, физико-химические или биологические методы очистки [1].
Электрофлотационный процесс (ЭФП) все чаще находит применение в технологиях очистки сточных вод, позволяя извлекать взвешенные вещества труднорастворимых соединений тяжелых, цветных металлов и эмульсий органических веществ. В литературе ограничены сведения о факторах, влияющих на кинетику и эффективность извлечения трудно растворимых соединений тяжёлых и цветных металлов (ИТМ) из многокомпонентных систем, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ). На практике ЭФ метод часто применяют для очистки сточных вод гальванических производств [2].
Седиментацонноный процесс (СП), при котором происходит осаждение твердых частиц из сточных вод, является одним из наиболее простых эффективных способов очистки. Когда тяжелые твердые частицы вещества оседают, последующий процесс очистки стоков становится относительно легким [3]. Как правило при концентрации более 100 мг/л - седиментации протекает эффективно.
Одной из актуальных проблем является повышение эффективности процесса
электрофлотационного и седиментационного извлечения гидроксидов металлов в составе многокомпонентных систем. Основной подход электрофлотационной обработки связан с формированием на первом этапе гидроксидов металлов с последующим отделением дисперсной фазы в процессе седиментации, электрофлотации и фильтрации.
В настоящей работе были проведены опыты по электрофлотационному извлечению смеси гидроксидов цветных металлов ^е2+, №2+, Zn2+, ^2+) из модельных сточных вод и исследовано влияние флокулянтов и поверхностно-активных веществ различной природы (катионной, анионной, неионной) на эффективность степени извлечения электрофлотационного и седиментационного процесса из сульфатных систем в присутствии сульфат натрия, подробно описанная в работе [1].
Анализ раствора на содержание в нем ионов меди, никеля, цинка, железа и кобальта проводили методом на приборе КВАНТ-АФА атомно-абсорбционным. Измерения выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д.И. Менделеева. Для полного растворения гидроксидов после отбора пробы в мерную колбу добавляли несколько миллилитров
концентрированной НЫ03.
Основным параметром, определяющим эффективность ЭФП, является степень извлечения дисперсной фазы а:
: 100%,
сисх Сост)/ Сисх ]
Сост - соответственно
аЭФ — [(Сс
где Сисх, Сост - соответственно исходная и остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3 (мг/л).
Эффективность седиментация, СП цветных металлов оценивают по степени извлечения в, %:
в = [H2 - Hi] * 100 %,
Где Hj - Исходная высота столба жидкости (500 мл); H2 - высота столба осветленной жидкости (мм).
Для приготовления модельных растворов с заданной концентрацией к пробе исходного раствора ионов металла последовательно добавляли Na2SÜ4 1 г/л для обеспечения электропроводности, Fe ,Ni, Zn2+, Co2+, Cu2+ 20 мг/л, XMe 100 мг/л и 5 мг/л требуемого ПАВ либо флокулянта, объём рабочего
раствора составил 500 мл. рН раствора до нужного значения доводили с помощью растворов №ОН и H2SO4 рабочая область рН=10 ± 0,2 ед.
В работе использовались следующие реактивы: БеС1з х 6Н2О, N1804 х 7Н2О, 2пБ04 х 7Н2О, Со804 х 7Н20, СиБ04 х 5Н20, Na2S04 квалификации х.ч. Модельные растворы готовились на дистиллированной воде.
Контроль рН осуществляли с помощью рН-метра (иономера) рН-410 со стандартными стеклянным (ЭСК-1060/7) и хлоридсеребряным электродами.
Схема лабораторной электрофлотационной (А) и седиментационной (Б) установки представлена на рисунке 1. Дополнительную фильтрацию проб осуществляли с помощью фильтровальной бумаги. (ТУ 2642-001-13927158-2003, d пор= 1 мкм)
Методика проведения электрофлотационного эксперимента подробно описана в литературе [2].
Hi -
ч
-Hj
Рис 1. Схема лабораторной установки по исследованию процессов электрофлотации(А), седиментации(Б). А, 1 - колонна электрофлотатора; 2 - электродный блок; 3 - вентиль; 4 - анод; 5 - катод; 6 - резиновая прокладка; 7 ■ источник постоянного тока и Б, Н1 - исходная высота столба жидкости (500 мл); Н2 - высота столба осветленной
жидкости (мм)
Исследование влияние природы ПАВ и флокулянтов на электрофлотационное и седиментационное извлечение гидроксидов цветных металлов многокомпонентного раствора
проводилось при ранее определенном оптимальном значении рН=10±0,2 ед при концентрации ХМе 100 мг/л и поверхностно-активных веществ 5 мг/л [2].
Экспериментальные данные представлены в виде зависимости степени извлечения электрофлотации (а,%) и степени осветления в процессе седиментации (Р,%) от времени, для всех исследованных ионов металлов в присутствии флокулянтов и ПАВ в составе 5-ти компонентной системы.
В таблице 1 представлены экспериментальные результаты, показывающие влияние времени проведения процесса на эффективность электрофлотационного и седиментационного процессов извлечения гидроксидов цветных
металлов многокомпонентного раствора при времени обработки 10 и 30 минут.
В таблице 1 представлены данные по степени извлечения всех металлов а ХМе = а ре + ам + агп + аСо + аСи : указанная величина а ХМе позволяет оценить эффективность извлечения всех компонентов. В случае необходимости можно сделать анализ величины степени извлечения по каждому отдельному иону металлов.
Процесс электрофлотационного извлечения смеси гидроксидов металлов протекает достаточно эффективно, степень извлечения составляет 92% за 10 минут обработки и увеличивается незначительно через 30 минут. Введение катионного и анионного флокулянтов несколько интенсифицируют процесс и повышают его эффективность. Неионогенный флокулянт РБКЕЮСиУЬ 8737 незначительно подавляет процесс. Установлено негативное влияние неионогенного флокулянта РКАБ8Т0Ь 2500, степень извлечения снижается на 30%.
Таблица 1. Влияние добавок на интенсивность и эффективность электрофлотационного и седиментационного процесса извлечения смеси гидроксидов Fe2+, №2+, Zn2+, ^2+, ^
Система Процесс
ЭФП СП ЭФП СП
Время, мин
10 30
Без Добавок (Флокулянт и ПАВ) 92 91 96 93
(Флокулянт) PRAESTOL 859 (К) 94 92 97 94
(Флокулянт) PRAESTOL 2503 (А) 94 92 95 94
(Флокулянт) FERROCUYL 8737 (Н) 90 89 92 92
(Флокулянт) PRAESTOL 2500 (Н) 64 88 62 91
(ПАВ) ХЭВ (К) 72 91 91 93
(ПАВ) ALM-10 (Н) 17 92 86 95
(ПАВ) ПРЕПАРАТ 0С-205 (Н) 56 92 83 95
(ПАВ) NaDDS II (А) 89 88 77 91
) мг/л; Na2SO4 1 г/л; pH = 10; iv = 0.4 A/л; С орг. комп_ = 5мг/л
процесс 5-ти
Изученные ПАВ подавляют электрофлотационного извлечения
компонентной смеси гидроксидов металлов. Сильнее всего негативное влияние выражено для неионогенного ПАВ АЛМ-10, степень извлечения не превышает 20%.
Седиментацонноный процесс показывают, что степень осаждения практических не повышается для всех металлов в присутствии анионных, катионных и неионогенных флокулянтов и ПАВ - степень извлечения составляет 93-95%.
Определено, что вводимые ПАВ и флокулянты не оказывают существенного влияния на процесс осаждения смеси гидроксидов исследуемых металлов, который протекает достаточно эффективно, степень излечения находится на уровне
88 - 92% в первые 10 минут процесса, увеличиваясь на 3 - 5 % в течении 30 минут.
Проведенные исследования показывают, что для очистки сточных вод от взбешенный веществ (труднорастворимый соединении) цветных металлов (Fe, Ni, Zn, Co, Cu) оба метода дают высокие результаты (а= 93-95%). В том же время при организации технологического процесса схема электрофлотационный очистки содержит меньше количество стадий так как электрофлотация извлекает ВВ, а седиментация- только концентрирует затруднение.
Сравнение характеристик извлекаемых осадков смеси гидроксидов цветных металлов представлены далее в таблице 2.
Таблица 2. Сравнение характеристик осадков, полученных в ходе очистки сточных вод электрофлотационным и седиментационным методами
Характеристика Электрофлотационный Процесс Седиментацонноный Процесс
Тип осадка флотошлам гальваношлам
Фильтруемость хорошо хорошо
Объём осадка 2% 10%
Влажность 93-95% 99%
Отметим, что энергозатраты на стадии обезвоживания осадка по схеме - седиментации возрастает в 5-8 раз за счёт разных объёмов и разной влажности.
Преимущество седиментации - возможность обработки сточных вод с высоким содержанием взвешенных веществ 500 - 1000 мг/л.
Достоинство электрофлотации в высокой скорости и эффективности процесса извлечения, а также низких энергозатратах.
В ходе изучения процессов электрофлотации и седиментации в очистке сточных вод содержащих смеси гидроксидов тяжёлых и цветных металлов проанализировано влияние поверхностно-активных веществ и флокулянтов различной природы на эффективность процесса очистки.
Список литературы
1. Колесников, В.А. Оборудование, технологии и проектирование систем очистки сточных вод /В.А. Колесников [и др.] - М.: ДеЛи плюс, 2016. - с 289.
2. Хейн Т.А., Колесников В.А. Влияние природы ПАВ и флокулянта на электрофлотационный процесс извлечения смеси гидроксидов цветных металлов из сточных вод гальванохимических производств // Гальванотехника и обработка поверхности - 2018. Т. 26 № 4. - С 51 - 58.
3. Колесников В.А, Ильин В.И. Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. Учебное пособие по курсу «Механические и физико-химические методы очистки сточных вод>>. М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева. - 2004. 40-52 с.
