Научная статья на тему 'ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АКТИВНОГО КРАСИТЕЛЯ RED SPD'

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АКТИВНОГО КРАСИТЕЛЯ RED SPD Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
81
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АКТИВНЫЕ КРАСИТЕЛИ / ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ / ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С РАЗДЕЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОСТРАНСТВ / СТОЧНЫЕ ВОДЫ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мирзалимова Сабина Алишеровна, Киршина Елена Юрьевна, Мухамедиев Мухтар Ганиевич

Актуальность. Загрязнение поверхностных вод различными красителями является одной из серьезных экологических проблем. Электрохимическая деструкция может стать альтернативой для очистки сточных вод текстильных предприятий. В статье представлены результаты исследования электрохимической деструкции активного красителя Red SPD в электролизере с нерастворимыми анодами и разделением электродных пространств инертной мембраной. Методы. Проведены эксперименты по определению оптимальных параметров - плотности тока, концентрации электролитов, pH, температуры, а также изучены изменения спектральных характеристик водного раствора красителя и химического потребления кислорода (ХПК) для проведения процесса электродеструкции. Результаты. Использование в качестве электролита NaCl в сравнении с Na2SO4 показало лучший результат в процессе очистки. Проведение обработки в присутствии NaCl (3,3 г/дм3) при плотности тока 200 A/м2 и времени обработки 20 мин дает снижение ХПК на 80 % и обеспечивает эффективность обесцвечивания более 99 %. Применение разработанной технологии позволяет увеличить эффективность деструкции красителей и сопутствующих органических веществ и получить качество воды, соответствующее нормативам сброса сточных вод.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мирзалимова Сабина Алишеровна, Киршина Елена Юрьевна, Мухамедиев Мухтар Ганиевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION OF THE ELECTRO/CHEMICAL DESTRUCTION METHOD FOR WASTEWATER TREATMENT AGAINST RED SPD ACTIVE DYESTUFF

Relevance. Surface water pollution with various dyestuff is one of the serious environmental problems. Electro/chemical destruction can be an alternative for textile plants wastewater treatment. The article presents results of the investigation of the Red SPD active dyestuff electro/ chemical destruction in an electrolytic cell with non-soluble anodes and division of electrode spaces with an inert membrane. Methods. We have conducted experiments on determination of optimal parameters, namely, current density, electrolytes concentration, pH, temperature, as well as have studied changes of the dyestuff water solution spectral characteristics and COD for the electro/destruction process. Results. The use of NaCl as an electrolyte instead of Na2SO4 has demonstrated a better result in the process of purification. Performance of the treatment in the presence of NaCl (3.3 g/dm3) with 200 A/m2 current density and the treatment time equal to 20 minutes will enable to get 80% decrease of COD and to provide more than 99 % decoloration effectiveness. The developed technique will enable to enhance the dyestuff/accompanying organic matter destruction effectiveness and to obtain water quality in accordance with the wastewater discharge norms.

Текст научной работы на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АКТИВНОГО КРАСИТЕЛЯ RED SPD»

УДК 541.13 DOI: 10.35567/19994508_2022_4_6

Использование метода электрохимической деструкции для очистки сточных вод от активного красителя Red SPD

С.А. Мирзалимова1 ISI С , Е.Ю. Киршина1, М.Г. Мухамедиев2 D ISI mirzalimova_sabi@mail.ru

1 Научно-исследовательский институт окружающей среды и природоохранных технологий при Государственном комитете Республики Узбекистан по экологии и охране окружающей среды, г. Ташкент, Узбекистан 2Национальный Университет Узбекистана, г. Ташкент, Узбекистан

АННОТАЦИЯ

Актуальность. Загрязнение поверхностных вод различными красителями является одной из серьезных экологических проблем. Электрохимическая деструкция может стать альтернативой для очистки сточных вод текстильных предприятий. В статье представлены результаты исследования электрохимической деструкции активного красителя Red SPD в электролизере с нерастворимыми анодами и разделением электродных пространств инертной мембраной. Методы. Проведены эксперименты по определению оптимальных параметров - плотности тока, концентрации электролитов, pH, температуры, а также изучены изменения спектральных характеристик водного раствора красителя и химического потребления кислорода (ХПК) для проведения процесса электродеструкции. Результаты. Использование в качестве электролита NaCl в сравнении с Na2SO4 показало лучший результат в процессе очистки. Проведение обработки в присутствии NaCl (3,3 г/дм3) при плотности тока 200 A/м2 и времени обработки 20 мин дает снижение ХПК на 80 % и обеспечивает эффективность обесцвечивания более 99 %. Применение разработанной технологии позволяет увеличить эффективность деструкции красителей и сопутствующих органических веществ и получить качество воды, соответствующее нормативам сброса сточных вод.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: активные красители, электрохимическая деструкция, электролизер с разделением электродных пространств, сточные воды.

Для цитирования: Мирзалимова С.А., Киршина Е.Ю., Мухамедиев М.Г. Использование метода электрохимической деструкции для очистки сточных вод от активного красителя Red SPD // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2022. № 4. С. 86-102. DOI: 10.35567/19994508_2022_4_6.

Дата поступления 13.04.2022.

Application of the electro/chemical destruction method for wastewater treatment against Red SPD active dyestuff Sabina A. Mirzalimova1 El ©, Yelena Y. Kirshina1, Mukhtar G. Mukhamediev2 ©

E mirzalimova_sabi@mail.ru

1 Research Institute ofEnvironment and Environmental Protection Technologies at the State Committee for Ecology and Environment Protection of the Republic of Uzbekistan, Tashkent, Uzbekistan

2 National University of Uzbekistan, Tashkent, Uzbekistan

© Мирзалимова С.А., Киршина Е.Ю., Мухамедиев М.Г., 2022

ABSTRACT

Relevance. Surface water pollution with various dyestuff is one of the serious environmental problems. Electro/chemical destruction can be an alternative for textile plants wastewater treatment. The article presents results of the investigation of the Red SPD active dyestuff electro/ chemical destruction in an electrolytic cell with non-soluble anodes and division of electrode spaces with an inert membrane. Methods. We have conducted experiments on determination of optimal parameters, namely, current density, electrolytes concentration, pH, temperature, as well as have studied changes of the dyestuff water solution spectral characteristics and COD for the electro/destruction process. Results. The use of NaCl as an electrolyte instead of Na2SO4 has demonstrated a better result in the process of purification. Performance of the treatment in the presence of NaCl (3.3 g/dm3) with 200 A/m2 current density and the treatment time equal to 20 minutes will enable to get 80% decrease of COD and to provide more than 99 % decoloration effectiveness. The developed technique will enable to enhance the dyestuff/accompanying organic matter destruction effectiveness and to obtain water quality in accordance with the wastewater discharge norms.

Keywords: active dyestuff, electro/chemical destruction, electrolytic cell with separation of the electrode spaces, wastewater.

For citation: Mirzalimova S.A., Kirshina Y. Y., Mukhamediev M.G. Application of the electro/chemical destruction method for wastewater treatment against Red SPD active dyestuff. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management. 2022. No. 4. P. 86-102. DOI: 10.35567/19994508_2022_4_6.

Received 13.04.2022.

ВВЕДЕНИЕ

Текстильное производство занимает значимое место в структуре промышленности Республики Узбекистан. Как известно, в технологических процессах текстильных фабрик используются органические красители, являющиеся токсичными веществами и потенциальными источниками загрязнения природных вод. Производство волокна мокрым процессом сопряжено с использованием большого количества воды и сбросом сильно загрязненных сточных вод [1, 2].

Анализируя современное состояние методов очистки сточных вод от красителей, необходимо отметить их разнообразие, однако при этом сохраняется актуальность оптимизации существующих и поиск новых высокоэффективных методов обезвреживания сточных вод. Один из широко распространенных методов очистки - метод коагуляции [3]. Преимуществом данного метода является простота, недостатком - образование значительного количества осадка, для обезвоживания которого требуется дорогостоящее оборудование. Биологические методы широко используются для очистки токсичных веществ, присутствующих в сточных водах текстильной промышленности, и обычно применяются когда отношение БПК/ХПК равно или превышает 0,4 [4]. Комбинация анаэробной и аэробной биологической очистки является наиболее распространенным подходом к очистке текстильных сточных вод, однако это медленный процесс, очищенные таким способом сточные воды по-прежнему нуждаются в дополнительной очистке. В литературе в качестве передовой альтернативы рекомендуется

применение электрохимических процессов для удаления красителем из окрашенных стоков текстильных производств [5, 6].

Одним из основных преимуществ электрохимического метода деградации органических загрязнений является универсальность, простота эксплуатации и отсутствие образования осадка во время обработки. Электрохимическая обработка обычно основана на удалении загрязняющих веществ непосредственно с поверхности анода путем образования OH- [7, 8] и/или других окислителей, таких как хлор, персульфат и др. Анод играет существенную роль в электродеструкции органических загрязнителей. В технологии водоочистки наибольшее распространение нашли размерно-стабильные аноды (DSA), изготовленные из титана, покрытого тонким слоем оксида рутения или иридия. Анод DSA обладает хорошей химической и электрохимической стабильностью даже при высоких плотностях тока, более длительным сроком службы, коммерческой доступностью и сравнительно низкой стоимостью [9].

Присутствие в сточных водах текстильных производств хлорид-ионов интенсифицирует процесс электрохимической деструкции за счет образования активного хлора, обладающего большим запасом химической энергии в момент его образования.

Цель данного исследования - изучение преимуществ метода электрохимической деструкции для очистки сточных вод текстильного предприятия от активного красителя Red SPD в присутствии электролитов на основе хлорида и сульфата натрия.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для эксперимента был взят образец текстильного красителя торговой марки Red SPD. Концентрацию раствора красителя определяли на спектрофотометре UV/vis (Libra S35) методом построения калибровочной кривой при X =543 нм.

max

Влияние технологических параметров на процесс электрохимической деструкции исследовали на модельном растворе активного красителя с концентрацией 100 мг/дм3, концентрацией электролитов 1-6,625 г/дм3 и концентрацией карбоната натрия - 0,35 г/дм3 при исходном значении рН 10-11. Для этого использовали диафрагменный электролизер, представляющий цилиндрический корпус, где соосно расположены перфорированные аноды из титана, покрытого окислами рутения (ОРТА), и перфорированные катоды из нелегированной стали. Анодная и катодная камеры разделены инертной мембраной, обеспечивающей герметичное разделение пространств. Анодная камера имеет объем 2,0 дм3, катодная камера - 1,0 дм3. Площадь анодов - 335 см2.

Эффективность обесцвечивания определяли по формуле:

Со ~ Ct

Э% =

100, (1)

Со

где С0 - исходная концентрация красителя, мг/дм3;

С - концентрация красителя за время обработки 1:, мг/дм3.

Измерения проводили сразу после обработки при длине волны видимого максимального поглощения красителей.

Удаление органических веществ определяли по изменению величины ХПК по формуле:

,хпк0-хпк,, /ч

Я % = -2-• 100, (2)

ХПК \ ХПК о I w

где ХПК0 - исходное значение, мгО/дм3;

ХПК4 - значение в момент времени t, мгО/дм3.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние плотности тока на процесс электродеструкции красителя Red SPD

Эксперименты по обесцвечиванию Red SPD концентрацией 100,0 мг/дм3 и концентрацией NaCl 3,3 г/дм3 проводили в анодной камере лабораторного двухкамерного электролизера при исходном значении рН 10,78.

Рис. 1. Зависимость эффективности обесцвечивания Red SPD от времени обработки: C[Red SPD] - 100,0 мг/ дм3; C[NaCl] - 3,3 г/дм3;

C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78; t = 25 °C.

Fig. 1. Dependence of the efficiency of Red SPD bleaching on the treatment time C[Red SPD] -100.0 mg/dm3, C[NaCl] - 3.3 g/dm3, C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3, pH - 10.78, t = 25 °C.

Результаты экспериментов показали, что при всех плотностях тока происходит обесцвечивание раствора (рис. 1). Время обработки пропорционально приложенной плотности тока. За 20 мин эффективность обесцвечивания более 99 % была достигнута при плотности тока 300, 200 и 150 A/м2, в то время как при плотности тока 100 A/м2 эффективность достигала только 78 %. Эффективность обесцвечивания и удаления ХПК возрастает с увеличением плотности приложенного тока (рис 2). Это связано с повышением скорости образования окислителей (хлор/гипохлорит). До плотности тока 150 A/м2 эффективность деструкции Red SPD линейно увеличивается, а при плотности тока 200 A/м2 и выше значительно не возрастает.

Рис. 2. Влияние плотности тока на обесцвечивание и удаление ХПК Red SPD (время обработки - 20 мин): C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3; C[NaCl] - 3,3 г/дм3; C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78, t=25 °C. Fig. 2. Influence of current density on discoloration and removal of COD Red SPD (treatment time - 20 min): C[Red SPD] - 100.0 mg/dm3; C[NaCl] - 3.3 g/dm3; C[Na2CO3] - 0, 35 g/dm3; pH - 10.78, t=25 °C.

Изменение спектральных характеристик водного раствора красителя Red SPD в процессе электродеструкции

Спектр поглощения красителя Red SPD определен в диапазоне 220800 нм. Как показано на рис. 3, в изученном диапазоне длин волн краситель Red SPD имеет пик поглощения при 543 нм, также отмечены характерные пики поглощения при 295, 330 и 365 нм в ультрафиолетовой области. Полосы поглощения в области ультрафиолета (220-400 нм) связаны с р —* р*-переходами в полициклических ароматических соединениях (бензольные и нафталиновые кольца) [10], а также органическими молекулами с сопряженными двойными связями. Полоса поглощения в видимой области обусловлена n —> р* - переходами в азо-связи (-N = N-), и объясняется азо-формой красителя [11].

Поглощение при 543 нм уменьшается со временем и практически полностью исчезает примерно через 20 мин, что приводит к обесцвечиванию раствора Red SPD. Пик поглощения при 295 нм значительно снижается, а при 330 и 365 нм отсутствует (рис. 3). В то же время появляется пик при 265 нм, рост которого наблюдается в течении 10 мин, при этом также увеличивается интенсивность полосы при 400 нм. Дальнейшее медленное снижение оптической плотности при 265 нм и 400 нм может быть связано с образованием промежуточных продуктов в результате электрохимического окисления красителя, который все еще содержит бензольное кольцо [12]. Через 30 мин интенсивность пика при 295 нм продолжает снижаться, а при 265 нм снижается незначительно.

Рис. 3. Спектры поглощения красителя Red SPD при различном времени электрохимической деструкции: плотность тока 200 A/м2; C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3;

C[NaCl] - 3,3 г/дм3; C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78; t=25 °C; 1 - время обработки 0 мин; 2 - время обработки 5 мин; 3 - время обработки 10 мин; 4 - время обработки 15 мин; 4 - время обработки 20 мин; 5 - время обработки 30 мин. Fig. 3. Absorption spectra of the Red SPD dye at different times of electrochemical degradation (current density 200 A/m2, C[Red SPD] - 100.0 mg/dm3, C[NaCl] - 3.3 g/dm3, C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3, pH - 10.78, t=25 °C ): 1 - Processing time 0 min, 2 - Processing time 5 min, 3 - Processing time 10 min, 4 - Processing time 15 min, 4 - Processing time 20 min, 5 - Processing time 30 min.

Влияние вида электролита на электродеструкцию красителя Red SPD

Для повышения сорбции красителей используется электролит высокой концентрации. Как правило, применяется хлористый натрий, реже - глауберова соль. В проведенном исследовании обесцвечивание раствора красителя Red SPD проводилось в средах NaCl или Na2SO4 (рис. 4).

В хлоридсодержащих растворах обесцвечивание азокрасителей на электродах ОРТА идет достаточно эффективно (рис. 4). В присутствии NaCl эффективность деструкции повышается, что может быть связано с взаимодействием электрогенерированного хлора/гипохлорита с молекулой красителя. Эффективность обесцвечивания при использовании в качестве электролита Na2SO4 ниже, чем у NaCl. Это объясняется тем, что обесцвечивание в присутствии Na2SO4 связано с образованием персульфат-ионов, которые могут окислять органические красители [13]: окислительная способность персульфат-ионов значительно ниже, чем хлора/гипохлорита. Увеличение концентрации электролитов NaCl/Na2SO4 приводит к снижению рабочего напряжения (рис. 4).

Красители в процессе электрохимической деструкции могут быть разрушены в результате прямого или косвенного процесса окисления [14]. В прямом процессе краситель адсорбируется на поверхности электрода и разрушается в результате прямого переноса электрона [15] . В косвенном процессе деградация происходит вследствие образования (на электроде или в растворе) окисляющихся частиц in situ, которые вступают в реакцию с органическими веществами в растворе [16].

100

^ 80 I 60

ей

Б40 f20

о

7 >6

- 5 и J

I 4

S 1

I

С f

<а I

= i

о

—•- -•- - -•

—•—NaCl —•—Na2S04

2 3 4 5

Концентрация электролита г/дм3

-♦-NaCl

—•— Na2S04

-•- (

—•

■ - ► » -•

0 12 3 4 5 6 7

Концентрация электролита, г/дм3

Рис. 4. Влияние концентрации электролитов на эффективность обесцвечивания и напряжения при плотности тока 200 A/м2: C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3; C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78; t=25 °C. Fig. 4. Effect of electrolyte concentration on bleaching efficiency and voltage at a current density of 200 A/m2: C[Red SPD] - 100.0 mg/dm3; C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3; pH - 10.78; t=25 °C.

Возможный механизм деструкции в хлоридсодержащих растворах приведен ниже:

2Cl" -> Cl2 +2e" (3)

Cl2(aq) + H2O -> HClO +H+ +Cl" (4)

HClO -f H+ +ClO" (5)

ClO" + краситель —► промежуточные продукты —*■ CO2 + H2O + Cl" (6) В соответствии с реакциями (3-6) в присутствии NaCl могут образовываться как Cl2, так и гипохлорит (ClO"), которые участвуют в процессе деградации красителя в растворе [17]. Приведенный механизм деструкции классифицируется как косвенное электроокисление красителя.

Эффективность обесцвечивания Red SPD представлена на рис. 5: чем выше концентрация NaCl, тем выше скорость образования Cl2 и ClO".

Низкая эффективность обесцвечивания за 20 мин обработки отмечается при концентрациях NaCl 0,825 г/дм3 и 1,625 г/дм3, при концентрации NaCl выше 3,3 г/дм3 остаточная концентрация красителя составляет менее 1,0 г/дм3, эффективность обесцвечивания - 99,13 %. При увеличении концентрации NaCl наблюдается незначительное увеличение эффективности обесцвечивания, поэтому в дальнейших экспериментах за максимальную концентрацию NaCl было принято 3,3 г/дм3.

—•—NaCI - 0,825 г/дм3 —•—NaCl -1,625 г/дм3 —•—NaCI -2,485 г/дм3 —•—NaCl -3,3 г/дм3 —•—NaCI -4,14 г/дм3 —•—NaCl -5,0 г/дм3 —•—NaCl -5,85 г/дм3 -•-NaCl -6,625 г/дм3

Рис. 5. Эффективность обесцвечивания Red SPD в зависимости от времени обработки при различных концентрациях NaCl: C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3;

C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78; плотность тока 200 A/м2; t=25 °C. Fig. 5. Decolorization efficiency of Red SPD depending on the treatment time at different concentrations of NaCl: C[Red SPD] - 100.0 mg/dm3; C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3; pH - 10.78; current density 200 A/m2; t=25 °C.

Скорость электрохимического обесцвечивания может быть представлена следующим образом [18, 19]:

Ln (Ct / Co) = -kt, (7)

где Ct - концентрация красителя в момент времени t, мг/дм3; Cq - исходная концентрация красителя, мг/дм3; k - кинетическая константа скорости псевдопервого порядка, мин-1; t - время реакции, мин.

Для всех экспериментальных результатов значение этого корреляционного коэффициента было выше 0,98, что подтверждает кинетическую модель реакций электрохимического обесцвечивания красителя. Наклоны линий дают кажущуюся константу скорости (k). Зависимость ln(Ct/Co) от времени электрохимической обработки при различных концентрациях хлоридсодер-жащего электролита представлена на рис. 6: при концентрациях NaCl выше 3,3 г/дм3 кинетическая константа скорости деградации изменяется незначительно (0,2355«0,247«0,2579).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Изменение ХПК в процессе электрохимической деструкции

Эффективность обесцвечивания раствора красителя Red SPD является важной характеристикой процесса электродеструкции, однако не дает данных о снижении концентрации присутствующих в растворе органических веществ, определяемых величиной ХПК. Сравнение скорости обесцвечивания и удаления ХПК позволяет сделать вывод о том, что обесцвечивание Red SPD проходит эффективнее, чем уменьшение ХПК (рис. 7). Это связано с довольно сложной структурой молекулы красителя.

0 5 10 15 20

Время, мин

а

О 5 10 15 20

U -2

§-3

J

-4 -5 ■6

.....»...... ^¿^Л--'-::::::::::.....*....................

......*............... »......................* . ..........Î.......................

hf::,,...

.....

T^I

0,3

0,25

0,2

X = 0,15

s

0,1

0,05

0

0,247

0,2227 • *

• 0,2579

0,2355

0,0%4 • 0,062 •

Время, мин 0 1^34

• NaCI -0,825 г/дм-1 *NaCI -1,625 г/дм' * NaCI -2,485 г/т& NaCl, г/дм'

•NaCI -3,3 г/дм' »NaCI -4,14 г/дмЗ • NaCI - 5,0 г/дм'

Рис. 6. Зависимость Ln(Ct/Co) от времени электрохимической обработки - а; б - кинетическая константа деструкции при различных концентрациях NaCl: C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3; C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78; плотность тока 200 A/м2; t=25 °C. Fig. 6. Dependence of Ln(Ct/Co) on the time of electrochemical treatment - a and b - kinetic constant of destruction at various concentrations of NaCl: C[Red SPD] -100.0 mg/dm3; C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3; pH - 10.78; current density 200 A/m2; t=25 °C.

б

100 90 SO

£ 70

¿f § 60

I 50

E

I 40

ff 30 20 10 0

-•- -•

---

—Ээх, %

—•- Эх л к, %

10

15

20

25

30

Время, мин

Рис. 7. Изменение эффективности обесцвечивания и изменения ХПК Red SPD в процессе электрохимической деструкции: C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3; C[NaCl] -3,3 г/дм3; C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,78; плотность тока - 200 A/м2; t=25 °C. Fig. 7. Change in bleaching efficiency and change in COD Red SPD during electrochemical degradation:C[Red SPD] - 100.0 mg/dm3; C[NaCl] - 3.3 g/dm3; C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3; pH - 10.78; current density - 200 A/m2; t=25 °C.

Высокая скорость уменьшения ХПК наблюдается в первые 10 мин обработки, далее процесс монотонно замедляется, что может быть вызвано образованием трудноокисляемых активным хлором продуктов деструкции. Очевидно, что большой избыток окислителя не будет способствовать повышению эффективности минерализации сточных вод.

Влияние рН на процесс электрохимической деструкции

Одним из параметров электрохимического процесса является величина рН в процессе обработки. Исходная величина рН сточных вод текстильных производств находится в интервале 10,5-11,5. Поэтому другие исходные значения величины рН не рассматривались. Определено, что наиболее эффективно процесс электродеструкции проходит при рН < 6,0 [20]. В электролизере с разделением электродных пространств инертной мембраной подкисление обрабатываемого раствора происходит в анодной камере без введения каких-либо реагентов.

Из данных, представленных на рис. 8, следует, что скорость обесцвечивания увеличивается после достижения величины рН 6,8. Это связано с тем, что в кислой среде хлор присутствует в форме хлорноватистой кислоты, которая имеет более высокий окислительный потенциал (1,49 V), чем гипохлорит (0,94 V), который преобладает в щелочной среде. Дальнейшее снижение величины рН до 2,11 привело к снижению скорости деструкции красителя, что связано с образованием в основном Cl2, который удаляется из установки с другими газообразными продуктами электролиза и не участвует в процессе деструкции в полном объеме.

100 90 £ 80 S 70 g 60 I 50 5 40

<D

t 30 Л 20

10

0

Время, мин

Рис. 8. Зависимость эффективности обесцвечивания и величины рН от времени обработки: C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3; C[NaCl] - 3,3 г/дм3; рН - 10,78;

C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; плотность тока - 200 A/м2; t=25 °C.

Fig. 8. Dependence of bleaching efficiency and pH value on treatment time: C[Red SPD] -100.0 mg/dm3; C[NaCl] - 3.3 g/dm3; pH - 10.78; C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3; current density - 200 A/m2; t=25 °C.

Влияние температуры на процесс электрохимической деструкции

На рис. 9 представлено влияние температуры на обесцвечивание Red SPD. Определено, что температура не оказывает существенного влияния на кинетику электрохимической деструкции Red SPD. Это связано с тем, что с повышением температуры, с одной стороны, облегчается процесс образования активного хлора, с другой, - с ростом температуры уменьшается растворимость хлора и увеличивается его вынос в атмосферу.

10

15

20

11 10

= -

-е-■ел

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

—•—Т~ 25°С

—Т= 40° С

50 "С

10

Время, мин

15

20

Рис. 9. Влияние температуры на эффективность обесцвечивания Red SPD: C[Red SPD] - 100,0 мг/дм3; C[NaCl] - 3,3 г/дм3; C[Na2CO3] - 0,35 г/дм3; рН - 10,784; плотность тока - 200 A/м2. Fig. 9. Influence of temperature on the bleaching efficiency of Red SPD; C[Red SPD] - 100.0 mg/dm3; C[NaCl] - 3.3 g/dm3; C[Na2CO3] - 0.35 g/dm3; pH - 10, 78; current density - 200 A/m2.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования показали возможность электрохимической деструкции активного красителя Red SPD концентрацией 100 мг/дм3. Установлено, что обесцвечивание красителя зависит от концентрации электролитов и продолжительности обработки, при этом наивысшая эффективность получена при добавлении хлорида натрия концентрацией 3,3 г/дм3. За 20 мин обработки при плотности тока 200 A/м2 достигается обесцвечивание до нормативных показателей и снижение ХПК на 80-85 % вследствие образования продуктов окисления. При использовании в качестве электролита сульфат-ионов эффективность электродеструкции не превышает 25 %.

Анализ влияния величины рН на эффективность процесса электрохимической обработки показал, что степень окисления органических примесей в слабокислой среде (рН 4,8-5,0) выше, чем при рН 8,0-10, за счет образования хлорноватистой кислоты имеющей большой окислительный потенциал (1,49 V). Таким образом, проведенное исследование свидетельствует о том, что метод электрохимической деструкции можно эффективно использовать для очистки сточных вод от активных красителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Yaseen D. A., Scholz M. Textile dye wastewater characteristics and constituents of synthetic effluents: a critical review //International journal of environmental science and technology. 2019. Vol. 16. No. 2. Р. 1193-1226.

2. Нестерова Л. А. Химическая интенсификация процесса крашения активными красителями //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2011. Т. 5. № 6 (53).

3. Lee K. E. et al. Development, characterization and the application of hybrid materials in coagulation/flocculation of wastewater: A review //Chemical Engineering Journal. 2012. Vol. 203. P. 370-386. DOI: 10.1016/j.cej.2012.06.109.

4. Sarayu K., Sandhya S. Current technologies for biological treatment of textile wastewater-a review //Applied biochemistry and biotechnology. 2012. Vol. 167. No. 3. P. 645-661.

5. Martinez-Huitle C. A., Brillas E. Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods: a general review //Applied Catalysis B: Environmental. 2009. Vol. 87. No. 3-4. P. 105-145.

6. Brillas E., Martinez-Huitle C. A. Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods. An updated review //Applied Catalysis B: Environmental. 2015. Vol. 166. P. 603-643. DOI: 10.1016/j.apcatb.2014.11.016.

7. Rocha J. H. B. et al. Electrochemical degradation of remazol red BR and novacron blue CD dyes using diamond electrode //Electrocatalysis. 2012. Vol. 3. No. 1. P. 1-12.

8. Sires I. et al. Electrochemical advanced oxidation processes: today and tomorrow. A review // Environmental Science and Pollution Research. 2014. Vol. 21. No.14. P. 8336-8367. D0I:10.1007/ s11356-014-2783-1.

9. Rajkumar D., Guk Kim J., Palanivelu K. Indirect electrochemical oxidation of phenol in the presence of chloride for wastewater treatment //Chemical Engineering & Technology: Industrial Chemistry-Plant Equipment-Process Engineering-Biotechnology. 2005. Vol. 28. No.1. P. 98-105. DOI: 10.1002/ceat.200407002.

10. Baddouha A., Bessegatob G.G., Mohamed M., Rguitia M.M., Ibrahimia B.E., Bazzia L., Hilalia M., Zanonib M.V.B. Electrochemical decolorization of Rhodamine B dye: Influence of anode material, chloride concentration and current density // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. Vol. 6. P. 2041-2047. DOI: 10.1016/j.jece.2018.03.007.

11. Morais C. C. d. O., da Silva A. J. C., Castro S. S. L., Ferreira M. B., de Araujo D. M., Zanta C. L. P., Castro S.S. Electrochemical Degradation of Methyl Red Using Ti/Ru0 3Ti0 7O2: Fragmentation of Azo Group // Electrocatalysis. 2013. Vol. 4. P. 312-319. DOI:10.1007/s12678-013-0166-x.

12. Faouzi A.M., Bensalah Nasr B., Abdellatif G. Electrochemical degradation of anthraquinone dye Alizarin Red S by anodic oxidation on boron-doped diamond // Dyes and Pigments. 2007. Vol. 73. P. 86-89. DOI: 10.1016/j.dyepig.2005.10.013.

13. Yi F., Chen S., Yuan C. Effect of activated carbon fiber anode structure and electrolysis conditions on electrochemical degradation of dye wastewater // J. Hazard. Mater. 2008. Vol. 157. P. 79-87. DOI:10.1016/j.jhazmat.2007.12.093.

14. MartHnez-Huitle C.A., Ferro S. Electrochemical oxidation of organic pollutants for the wastewatertreatment: direct and indirect processes // Chem. Soc. Rev. 2006. Vol. 35. P. 13241340. DOI: 10.1039/b517632h.

15. Rajkumar D., Palanivelu K. Electrochemical treatment of industrial wastewater // Journal of hazardous materials. 2004. Vol. 113. P. 123-127. DOI:10.1016/j.jhazmat.2004.05.039.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

16. Da Silva R. G., Neto S. A., De Andrade A. R. Electrochemical Degradation of Reactive Dyes at Different DSA® Compositions // J. Braz. Chem. Soc. 2011. Vol. 22. No. 1. P. 126-133.

17. Miwa D.W., Malpass G.R.P., Machado S.A.S., Motheo A.J. Electrochemical degradation of carbaryl on oxide electrodes // Water Research. 2006. Vol. 40. P. 3281-3289. DOI:10.1016/j. watres.2006.06.033.

18. Gomes L., Douglas W. Miwa D.W., Geoffroy R. P., Malpass G.R. P., Motheo A. J. / Electrochemical Degradation of the Dye Reactive Orange 16 using Electrochemical Flow-Cell // J. Braz. Chem. Soc. 2011. Vol. 2. No. 7. P. 1299-1306.

19. Kariyajjanavar P., Jogttappa N., Nayaka Y.A. Studies on degradation of reactive textile dyes solution by electrochemicalmethod// Journal of Hazardous Materials. 2011. Vol. 190. P. 952-961. DOI:10.1016/j.jhazmat.2011.04.032.

20. Salazar-Gastnlum M. I., Reynoso-Soto E.A., Lin S. W., Perez-Sicairos S., Fnlix-Navarro R.M. / Electrochemical and photoelectrochemical decoloration of amaranth dye azo using composited dimensional stable anodes // Journal of Environmental Protection. 2013. Vol. 4. P. 136-143. DOI:10.4236/jep.2013.41016.

REFERENCES

1. Yaseen D. A., Scholz M. Textile dye wastewater characteristics and constituents of synthetic effluents: a critical review. International journal of environmental science and technology. 2019. T. 16. №. 2. C. 1193-1226.

2. Nesterova L.A. Chemical intensification of the process of coloring with active dyestuff. Vostochno-Yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy [East-European Journal of Advanced Techniques]. 2011. V. 5. No. 6 (53). (in Russ.).

3. Lee K. E. et al. Development, characterization and the application of hybrid materials in co-agulation/flocculation of wastewater: A review Chemical Engineering Journal. 2012. Vol. 203. P. 370-386. DOI: 10.1016/j.cej.2012.06.109.

4. Sarayu K., Sandhya S. Current technologies for biological treatment of textile wastewater-a review Applied biochemistry and biotechnology. 2012. Vol. 167. No. 3. P. 645-661.

5. Martinez-Huitle C. A., Brillas E. Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods: a general review Applied Catalysis B: Environmental. 2009. Vol. 87. No. 3-4. P. 105-145.

6. Brillas E., Martinez-Huitle C. A. Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods. An updated review Applied Catalysis B: Environmental. 2015. Vol. 166. P. 603-643. DOI: 10.1016/j.apcatb.2014.11.016.

7. Rocha J. H. B. et al. Electrochemical degradation of remazol red BR and novacron blue CD dyes using diamond electrode. Electrocatalysis. 2012. Vol. 3. No. 1. P. 1-12.

8. Sires I. et al. Electrochemical advanced oxidation processes: today and tomorrow. A review. Environmental Science and Pollution Research. 2014. Vol. 21. No.14. P. 8336-8367. DOI: 10.1007/ s11356-014-2783-1.

9. Rajkumar D., Guk Kim J., Palanivelu K. Indirect electrochemical oxidation of phenol in the presence of chloride for wastewater treatment. Chemical Engineering & Technology: Industrial Chemistry-Plant Equipment-Process Engineering-Biotechnology. 2005. Vol. 28. No.1. P. 98-105. DOI: 10.1002/ceat.200407002.

10. Baddouha A., Bessegatob G.G., Mohamed M., Rguitia M.M., Ibrahimia B.E., Bazzia L., Hilalia M., Zanonib M.V.B. Electrochemical decolorization of Rhodamine B dye: Influence of anode material, chloride concentration and current density. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. Vol. 6. P. 2041-2047. DOI: 10.1016/j.jece.2018.03.007.

11. Morais C. C. d. O., da Silva A. J. C., Castro S. S. L., Ferreira M. B., de Araujo D. M., Zanta C. L. P., Castro S.S. Electrochemical Degradation of Methyl Red Using Ti/Ru03Ti07O2: Fragmentation of

Azo Group. Electrocatalysis. 2013. Vol. 4. P. 312-319. DOI:10.1007/s12678-013-0166-x.

12. Faouzi A.M., Bensalah Nasr B., Abdellatif G. Electrochemical degradation of anthraquinone dye Alizarin Red S by anodic oxidation on boron-doped diamond. Dyes and Pigments. 2007. Vol. 73. P. 86-89. DOI: 10.1016/j.dyepig.2005.10.013.

13. Yi F., Chen S., Yuan C. Effect of activated carbon fiber anode structure and electrolysis conditions on electrochemical degradation of dye wastewater. J. Hazard. Mater. 2008. Vol. 157. P. 79-87. DOI:10.1016/j.jhazmat.2007.12.093.

14. MartHnez-Huitle C.A., Ferro S. Electrochemical oxidation of organic pollutants for the waste-watertreatment: direct and indirect processes. Chem. Soc. Rev. 2006. Vol. 35. P. 1324-1340. DOI: 10.1039/b517632h.

15. Rajkumar D., Palanivelu K. Electrochemical treatment of industrial wastewater. Journal of hazardous materials. 2004. Vol. 113. P. 123-127. DOI:10.1016/j.jhazmat.2004.05.039.

16. Da Silva R. G., Neto S. A., De Andrade A. R. Electrochemical Degradation of Reactive Dyes at Different DSA® Compositions. J. Braz. Chem. Soc. 2011. Vol. 22. No. 1. P. 126-133.

17. Miwa D.W., Malpass G.R.P., Machado S.A.S., Motheo A.J. Electrochemical degradation of carbaryl on oxide electrodes. Water Research. 2006. Vol. 40. P. 3281-3289. DOI: 10.1016/j. watres.2006.06.033.

18. Gomes L., Douglas W. Miwa D.W., Geoffroy R. P., Malpass G.R. P., Motheo A. J. / Electrochemical Degradation of the Dye Reactive Orange 16 using Electrochemical Flow-Cell. J. Braz. Chem. Soc. 2011. Vol. 2. No. 7. P. 1299-1306.

19. Kariyajjanavar P., Jogttappa N., Nayaka Y.A. Studies on degradation of reactive textile dyes solution by electrochemicalmethod. Journal of Hazardous Materials. 2011. Vol. 190. P. 952-961. D01:10.1016/j.jhazmat.2011.04.032.

20. Salazar-GastMum M. I., Reynoso-Soto E.A., Lin S. W., Perez-Sicairos S., FMix-Navarro R.M. / Electrochemical and photo/electrochemical decoloration of amaranth dye azo using composited dimensional stable anodes. Journal of Environmental Protection. 2013. Vol. 4. P. 136-143. D0I:10.4236/jep.2013.41016.

Сведения об авторах:

Мирзалимова Сабина Алишеровна, аспирант, Научно-исследовательский институт окружающей среды и природоохранных технологий при Государственном комитете Республики Узбекистан по экологии и охране окружающей среды, 100043, Узбекистан, г. Ташкент, проспект Бунедкор, дом 7-А ; ORCID: 0000-0002-2864-8031; е-mail: mirzalimova_sabi@mail.ru

Мухамедиев Мухтар Ганиевич, д-р хим. наук, профессор, Национальный университет Узбекистана, Узбекистан, г. Ташкент-100174, Вузгородок; ORCID: 0000-00028065-9651; е-mail: mmuxamediev@mail.ru

Киршина Елена Юрьевна, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт окружающей среды и природоохранных технологий при Государственном комитете Республики Узбекистан по экологии и охране окружающей среды, 100043, Узбекистан, г. Ташкент, проспект Бунедкор, дом 7-А, е-mail: lenakirshina@mail.ru About the authors:

Sabina A. Mirzalimova, Post-graduate Student, Research Institute of Environment and Environmental Protection Technologies at the State Committee for Ecology and Environment Protection of the Republic of Uzbekistan, Bunedkor Avenue, 7A, Tashkent-100043, Uzbekistan; ORCID: 0000-0002-2864-8031; е-mail: mirzalimova_sabi@mail.ru

Mukhtar G. Mukhamediev, Professor, Doctor of Chemical Sciences, National University of Uzbekistan, Vuz gorodok, Tashkent-100174, Uzbekistan; ORCID: 0000-0002-8065-9651; е-mail: mmuxamediev@mail.ru

Yelena Y. Kirshina, Senior Researcher, Research Institute of Environment and Environmental Protection Technologies at the State Committee for Ecology and Environment Protection of the Republic of Uzbekistan, Bunedkor Avenue, 7A, Tashkent-100043, Uzbekistan; е-mail: lenakirshina@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.