Научная статья на тему 'Использование промышленных отходов в системах доочистки сточных вод гальванических производств'

Использование промышленных отходов в системах доочистки сточных вод гальванических производств Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
337
73
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
ШЛАК / СОРБЦИЯ / СТОЧНАЯ ВОДА / SLAG / SORPTION / WASTEWATER

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Лухнева Ольга Леонидовна

Рассмотрена возможность использования некоторых видов отходов в системах доочистки сточных вод гальванических производств. Приведены результаты экспериментальных исследований процесса сорбции ионов тяжелых металлов из сточных вод. Установлено, что использование шлака в качестве сорбента позволяет повысить эффективность очистки сточных вод.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Лухнева Ольга Леонидовна

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

USING INDUSTRIAL WASTES IN SEWAGE PURIFICATION SYSTEMS OF ELECTROPLATING INDUSTRIES

The paper considers the possibility to use certain types of waste in the post-treatment systems of electroplating wastewater. The results of experimental studies of heavy metal ions sorption from wastewater are given. It is found out that wastewater treatment efficiency can be improved by using slag as a sorbent.

Текст научной работы на тему «Использование промышленных отходов в системах доочистки сточных вод гальванических производств»

Озеленение интерьеров может повысить способность людей приспосабливаться к окружающей среде, снять стресс и усталость, улучшить настроение, стабилизировать эмоции, снизить кровяное давление, отрегулировать сердечный ритм, ускорить процесс восстановления. Положительное эмоциональное воздействие зеленых растений позволит значительно улучшить творческую составляющую деятельности, повысит производительность труда, его эффективность.

Архитектурно-пространственные функции.

Озеленение интерьера как части пространства внутри здания может обозначить границы пространства, расширить внутреннее и наружное пространство, обогатить уровни внутреннего пространства, создать перспективу и пр.

Используя элементы озеленения для разграничения интерьерного пространства, можно получить более ощутимый декоративный эффект, чем при использовании традиционных строительных материалов. Возможности зонирования интерьера озеленением в пределах ограниченного пространства - в офисе,

ресторане, вестибюлях гостиниц, выставочных залах, очень широки: между двумя залами, между залом и переходами, между внутренним и внешним пространством и т.д.

Расположение цветников или растений в горшках у входа, под навесом крыльца или на стенах в коридорах даёт людям, входящим в помещение, чувство естественной непрерывности пространства и зрительно раздвигает границы внутреннего пространства. Элементы непрерывного озеленения, особенно в переходах и местах изменения направления, могут повысить общий эффект целостности искусственной среды обитания человека [4].

В современном архитектурном пространстве, довольно однообразном, где в основном сочетаются прямые линии и плоскости, люди чувствуют себя неуютно. Кроме того, при добавлении элементов озеленения в интерьер, с их разнообразными формами, мягкими текстурами, приятным цветом и яркими тенями, уменьшается открытость и жесткость больших пространств, и люди чувствуют себя комфортно.

Библиографический список

1. Ван Цен-щань. Развития интерьерного озеленения в зарубежных странах // Мир архитектуры. 1992. № 2. С.15-17.

2. Wolverton B. C., B. K. Bounds. Aquatic plants for pH adjustment and removal of toxic chemicals and dissolved minerals from water supplies // J. Miss. Acad. Sci. 1988. № 33. C. 71-80

3. Ху Хай-хон. Очищающая функция интерьерных озеленений // Наука строительства. 1996. № 2. С. 37-38.

4. Йуань Бин. Эко-дизайн в интерьере // Интерьерный дизайн. 1999. № 5. С. 22-23.

УДК 628.349.08

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В СИСТЕМАХ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

© О.Л. Лухнева1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрена возможность использования некоторых видов отходов в системах доочистки сточных вод гальванических производств. Приведены результаты экспериментальных исследований процесса сорбции ионов тяжелых металлов из сточных вод. Установлено, что использование шлака в качестве сорбента позволяет повысить эффективность очистки сточных вод. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 2 назв. Ключевые слова: шлак; сорбция; сточная вода.

USING INDUSTRIAL WASTES IN SEWAGE PURIFICATION SYSTEMS OF ELECTROPLATING INDUSTRIES O.L. Lukhneva

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper considers the possibility to use certain types of waste in the post-treatment systems of electroplating wastewater. The results of experimental studies of heavy metal ions sorption from wastewater are given. It is found out that wastewater treatment efficiency can be improved by using slag as a sorbent. 2 figures. 2 tables. 2 sources. Key words: slag; sorption; wastewater.

1Лухнева Ольга Леонидовна, кандидат технических наук, доцент кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: 89086628066; e-mail: olgakot81@mail.ru

Lukhneva Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Civil Planning and Economy, tel.: 89086628066; e-mail: olgakot81@mail.ru

При сжигании некоторых видов твердого органического топлива в качестве отходов образуются большие объемы золы и шлака. В Федеральном классификационном каталоге отходов, утвержденном МПР (Приказ № 786 от 2 декабря 2002 г.), данный вид отхода носит наименование «Золошлаки от сжигания углей» [1]. Класс опасности определяется расчетным методом. Как правило, такого рода отходы соответствуют четвертому классу опасности, т.е. малоопасные, что позволяет их использовать в качестве сорбентов для очистки сточных вод.

Было проведено определение химического состава шлака. Анализ проводился на многоканальном атомно-эмиссионном анализаторе спектров «МАЭС». Метод спектрального анализа позволяет сделать качественный анализ на наличие металлов, входящих в состав образцов. Относительное количественное содержание определялось по насыщенности основных и «мешающих» линий. Химический состав шлака представлен следующими элементами: железо, осмий, рутений, кремний, алюминий, ванадий, цинк, серебро и т.д. Основная доля преобладающих элементов сводится к алюминию, кремнию и железу, а другую незначительную часть составляют остальные металлы. Для исследуемого шлака характерно наличие элементов лантаноидного ряда.

Сточные воды гальванических производств характеризуются широким спектром загрязняющих веществ и являются наиболее опасными в экологическом отношении. В промышленности гальванотехнические методы применяют, прежде всего, для получения медных, никелевых, хромистых, оловянных, цинковых и кадмиевых покрытий, а так же из серебра, золота и других благородных или редких металлов. Физико-химический состав сточной воды напрямую зависит от применяемых технологических процессов. Около 50% стоков составляют хромсодержащие сточные воды. Средний объем таких вод на одном гальваническом производстве составляет от 500 до 1000 м3 в сутки. Соединения шестивалентного хрома обладают общетоксическим действием, проявляют канцерогенные свойства и представляют огромную экологическую опасность для окружающей среды.

Объем и состав сточных вод могут изменяться в широких интервалах. Поэтому выбор оптимального метода очистки напрямую зависит от технологических параметров самого производства. Зачастую локальные очистные сооружения не справляются и на выходе присутствуют концентрации загрязняющих веществ, превышающие установленные нормы ПДС. Причины могут быть различными:

изменения технологического режима производства, несоблюдение условий очистки, залповые сбросы и т.д. В таких случаях возникает необходимость доочистки сточных вод от загрязняющих веществ.

Реагентный метод очистки сточных вод, широко применяемый большинством промышленных предприятий, к сожалению, далеко не всегда обеспечивает полное обезвреживание воды. Более подробный анализ очистки хромсодержащих сточных вод (на примере одного из крупнейших машиностроительных заво-

дов г. Иркутска) показал необходимость внедрения систем доочистки с целью повышения эффективности нейтрализации хромсодержащих стоков.

Принципиальная схема обезвреживания хромсо-держащих сточных вод осуществляется в два этапа:

1. Восстановление шестивалентного хрома в трехвалентный 7-10% раствором бисульфита натрия после снижения рН до 2-3.

2. Образование гидроокиси хрома. Для этого добавляют карбидный шлам.

После полного перехода Сг6 в Сг3 стоки направляются в камеру кислотно-щелочных стоков для их совместной нейтрализации и последующего осаждения гидроокиси Сг3. По данным лаборатории, содержание трехвалентного хрома в отстойнике превышает установленные ПДК в 2-4 раза. Это свидетельствует о неполном осаждении гидроокиси хрома.

Проведена комплексная оценка функционирования очистных сооружений по обезвреживанию сточных вод гальванического производства. По результатам проведенного мониторинга выявлено неполное обезвреживание некоторых загрязнений. Расчет эффективности работы очистной станции по каждому компоненту показал несоответствие установленным нормам концентраций хрома (III). Концентрация хрома трехвалентного на входе в камеры реакции значительно ниже, чем на выходе из нее. Это свидетельствует о несовершенстве второго этапа очистки хромовых стоков, так как соединения трехвалентного хрома проходят «транзитом» через очистные сооружения, где к ним присоединяется часть ионов хрома после восстановления шестивалентного хрома.

Таким образом, существующая технологическая схема обезвреживания хрома не обеспечивает полной очистки сточной воды. Целесообразно внедрение дополнительной технологии доочистки сточной воды от трехвалентного хрома.

Авторы работы [2] предложили использовать для очистки сточных вод от ионов Си2+ и К112+ шлак, так как он характеризуется высокоразвитой поверхностью и наличием большого числа микротрещин и пор, обуславливающих его сорбционные свойства.

Сорбционный метод очистки сточных вод позволяет не только обезвредить промышленный сток, но и вернуть в производство очищенную воду и соединения металлов. Этот метод позволяет осуществить оборотное водоснабжение в гальванических цехах и утилизировать из стока ценные компоненты. Достоинством сорбционной очистки является возможность применения сравнительно недорогих материалов.

Для исследования процесса сорбции трехвалентного хрома использовали шлак, образующийся в результате сжигания каменного угля в котельной этого же предприятия.

Важной характеристикой сорбентов является их удельная поверхность. Поэтому была определена удельная поверхность для некоторых фракций сорбентов. Измерения проводились в условиях статической сорбции азотом. Результаты измерений свидетельствуют о степени развитости внутренней поверхности частиц сорбентов. Более высокие значения ха-

рактерны для мелких фракций шлака.

Был проведен ряд опытов на модельных растворах и на промышленных сточных водах. Исследования проводились в динамических (путем пропускания раствора через слой сорбента) и статических (путем непрерывного перемешивания сорбента с раствором) условиях. Важнейшим свойством сорбентов является их поглотительная способность - так называемая обменная емкость. Полная емкость ионита - это количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 г ионита до полного насыщения и до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

На первом этапе продукт был разделен на следующие фракции: № 1 - размеры частиц от 5 до 2 мм; № 2 - размеры частиц от 2 до 1 мм; № 3 - размеры частиц от 1 до 0,5 мм; № 4 - размеры частиц менее 0,5 мм; их смесь, состоящая из равных весовых частей. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Для определения концентрации хрома в растворе использовали метод атомной абсорбции. Измерения проводили на атомно-абсорбционном спектрометре Регкт-Е1тег. Для градуировки использовали государственные стандартные образцы (ГСО).

Сравнивая полученные результаты в динамических и статических условиях, необходимо отметить, что лучшие показатели наблюдаются при непрерывном перемешивании шлака с раствором. Так же, установлено, что наибольшая эффективность очистки наблюдается у шлака с размером частиц менее 0,5 мм, а наименьшая - у шлака размером от 5 до 2 мм. Это свидетельствует о росте сорбционной активности с увеличением удельной поверхности сорбента. Таким образом, с практической точки зрения, наибольший интерес представляет сорбция на шлаке в статических условиях (фракция № 4), так как именно этим способом достигается минимальная концентрация металла в растворе после контакта с сорбентом. Содержание металла уменьшается практически в 26 раз.

Несмотря на низкую себестоимость сорбента, не стоит упускать тот факт, что «насыщенный» хромом шлак представляет собой гальваношлам и требует специальной утилизации. Поэтому в целях повышения его обменной емкости и, следственно, снижения расхода, была предложена химическая модификация. Модифицированная форма шлака была получена путем предварительной его обработки 8-10%-м раствором карбидного шлама, который применяется для

подщелачивания стоков в камере реакции. В течение 1 часа сорбент вымачивали в растворе, затем проводили испытания. Полученные результаты представлены в табл. 2.

На основании полученных данных были построены изотермы сорбции, которые показывают, что степень извлечения хрома модифицированной формой в значительной степени выше, чем исходной. Сорбци-онные кривые на рис. 1 показывают увеличение сорб-ционной активности после химической обработки в 1018 раз. Таким образом может быть достигнуто уменьшение расхода сорбента.

Учитывая тот факт, что концентрация трехвалентного хрома после первого этапа очистки (т.е. на выходе из камеры реакции) колеблется в диапазоне от 3 до 10 мг/л, применение данного метода доочистки позволит снизить количество ионов металлов в сточной воде.

Поскольку немаловажным фактором в процессе очистки сточных вод сорбентами является его расход, была проведена серия опытов в статических условиях, где использовались различные навески фракции № 4.

По полученным данным бала построена кривая зависимости степени очистки воды от расхода сорбента. Закономерность, которая наблюдается при увеличении дозы сорбента, свидетельствует о необходимости поиска оптимального расхода шлака с целью рационального применения сорбционной технологии на исследуемом предприятии.

При взаимодействии шлака со сточной водой происходит растворение ряда соединений, входящих в его состав. При растворении шлака образуются кремниевые кислоты, которые полимеризуются. Катион хрома в водном растворе существует только в виде гидратированного иона благодаря склонности трехвалентного хрома к образованию комплексных соединений. Поликремневые кислоты имеют высокоразвитую поверхность, и избыточный отрицательный заряд благодаря чему катионы металлов осаждаются на их поверхности.

Проведена серия экспериментов, которая направлена на выявление изменений сорбционной емкости после обработки шлака раствором карбидного шлама и его термообработки. Результаты показали, что обменная емкость сорбентов, предварительно прошедших химическую обработку, в значительной степени выше исходных аналогов.

Таблица 1

Сравнение остаточной концентрации трехвалентного хрома при динамической и статической сорбции на различных фракциях сорбента при исходной концентрации 7,8 мг/л

Номер фракции, мм Остаточная концентрация трехвалентного хрома, мг/л, при сорбции

в статических условиях в динамических условиях

1(-5+2) 6,2 6,6

2(-2+1) 5,2 6,1

3(-1 +0,5) 3,5 5,8

смесь 2,4 6,4

4(-0,5) 0,3 -

Таблица 2

Сравнение обменной емкости (А, мг/г) шлака и его модифицированной формы при различных _концентрациях исходного раствора_

Исходная концентрация Cr3 , мг/л Концентрация и обменная емкость исходной формы шлака, мг/г Концентрация и обменная емкость модифицированной формы шлака, мг/г

С А С А

1,2 1,1 10 0 120

5,5 5,4 10 0 550

6,8 6,5 30 0 700

15,5 11,5 60 0,9 1310

30 28,9 110 6,1 2390

2500 2000 1500

О 1000

500 0

1,2

5,5

6,8 15,5

Исходная конц., мг/л

30

■СОЕ (А) исх. форма

СОЕ (А) мод. Форма.

Рис. 1. Изотермы сорбции хрома исходной и модифицированной форм

70 и

60 -

50 -

L_ 40 -

S

< 30 -

20 -

10 -

0 -

0,5

1 2 Расход шлака, г.

Рис. 2. Определение обменной емкости в статических условиях в зависимости от расхода сорбента

Существует еще один немаловажный фактор, влияющий на эффективность применения адсорбционной технологии и обеспечивающий ее перспективность - это рН исходного раствора. Экспериментальными путем доказано, что оптимальной для максимальных значений обменной емкости, как в статических, так и в динамических условиях, является нейтральная среда или близкая к ней. В кислых и щелочных условиях обменная емкость шлака существенно снижается.

Следует отметить, что запроектированное значение ПДК хрома для сброса сточной воды в хозяйственно-бытовой коллектор составляет 0,5 мг/л. Хи-мически-модифицированная форма шлака позволяет не только снизить концентрацию металла до установленных нормативов, но и полностью обезвредить

сточную воду. Также в ходе проведения эксперимента было установлено, что при применении как исходной, так и модифицированной формы, происходит увеличение водородного показателя, т.е. среда воды становится щелочной. Это позволит сократить расход карбидного шлама, который используется для подщела-чивания сточной воды после первого этапа обезвреживания хрома.

Следует отметить, что в нашем регионе имеются достаточные запасы шлака на золоотвалах, использование которого в системах очистки и доочистки сточных вод позволит значительно снизить расходы на их обезвреживание. Помимо этого применение шлака в качестве сорбента (из-за его дешевизны) позволяет использовать его однократно, не подвергая десорбции и регенерации.

3

Применение природных и техногенных сорбентов позволит сократить экономические затраты на очистку сточных вод и повысить качество очищаемой воды. Потребительская доступность сорбента и его вы-

сокая сорбционная активность модифицированной формы предполагает перспективность данной схемы очистки.

Библиографический список

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

1. Федеральный классификационный каталог отходов; утв. пользование металлургических шлаков для очистки сточных приказом МПР России от 02.l2.2002 № 786. вод от ионов тяжелых металлов // Экология и промышлен-

2. Проскурина И.И., Свергузова С.В., Василевич Н.Н. Ис- ность России. 2006. № 5.

УДК 628.336

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ОСАДКА

© Т.И. Халтурина1, Т.А. Курилина2, Д.Ф. Хакимов3, О.В. Чурбакова4

Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

Приведены результаты исследований по гальванокоагуляционной обработке сточных вод, содержащих ионы Ni2+, Zn2+, Cu2+, при использовании активной загрузки Al - СГН (углеродминеральный сорбент), интенсификации процесса с одновременным наложением асимметричного переменного тока и изучению структуры и состава осадка.

Ил. 5. Табл. 3. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: гальванокоагуляция; асимметричный ток; активная загрузка; гальванопара; углеродминеральный сорбент; алюминиевая стружка; структура; состав осадков; термограмма; дифрактограмма.

STUDYING GALVANOCOAGULATION OF SEWAGE, CONTAINING HEAVY METAL IONS, SEDIMENT COMPOSITION AND STRUCTURE

T.I. Khalturina, T.A. Kurilina, D.F. Khakimov, O.V. Churbakova

Siberian Federal University,

79 Svobodnyi Av., Krasnoyarsk, Russia, 660041.

The paper presents the study results on electrocoagulaion of waste waters containing Ni2+, Zn2+, Cu2+ ions when using active loading of Al - СГН (carbon mineral sorbent), process intensification with simultaneous introduction of asymmetrical alternating current and studying sediment structure and composition. 5 figures. 3 tables. 4 sources.

Key words: electrocoagulation; asymmetrical current; active load, galvanic couple; carbon mineralnsorbent; aluminum chips; structure; sediment composition; thermogram; diffraction pattern.

Соединения ионов тяжёлых металлов (№2+, Zn ^2+), выносимые сточными водами гальванического производства, относятся к группе высокотоксичных компонентов, обладающих широким спектром токсического действия с многообразными проявлениями. Обострение проблемы обработки стоков гальванического производства в последние годы происходит из-за постоянного увеличения платы за негативное воз-

,2+

действие на окружающую среду, в том числе за сброс в водные объекты загрязняющих веществ. В связи с этим работы по созданию малоотходных высокоэффективных методов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжёлых металлов, являются актуальными.

Анализ данных современного состояния и перспектив развития технологий обработки сточных вод гальванических производств позволяет сделать вывод

1Халтурина Тамара Ивановна, кандидат химических наук, профессор кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89029615551, e-mail: THal1965@ yandex.ru

Khalturina Tamara, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89029615551, e-mail: THal1965@ yandex.ru

2Курилина Татьяна Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89607557646, e-mail: ctrelok91@mail.ru

Kurilina Tatyana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89607557646, e-mail: ctrelok91@mail.ru

3Хакимов Дамир Фаильевич, аспирант кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89509971196, e-mail: damiradzetatarincev@yandex.ru

Khakimov Damir, Postgraduate of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89509971196, e-mail: damiradzetatarincev@yandex.ru

4Чурбакова Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89029230157, e-mail: ochurbacova@mail.ru

Churbakova Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Ecology and Life Safety, tel.: 89029230157, e-mail: ochurbacova@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.