CC BY
3
УДК 628.349.094.3
Горохова М.В., Костылева Е.В. Иванцова Н.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ФОТООКИСЛЕНИЯ И ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЦВЕТНОСТИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССА ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
Горохова Мария Вячеславовна - студентка 2 курса магистратуры кафедры промышленной экологии, e-mail: mariya-gorohovaa@mail.ru;
Костылева Елена Валерьевна — кандидат химических наук., доцент кафедры промышленной экологии; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
Иванцова Наталья Андреевна - кандидат химических наук., доцент кафедры промышленной экологии; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
В работе проведена оценка эффективности методов фотоокисления и озонирования для обесцвечивания сточной воды линии мойки пленочных материалов процесса вторичной переработки полимеров, прошедшей стадии коагуляционной очистки и отстаивания. Показано, что лучшие результаты достигаются при использовании фотоокислительного метода как по показателю цветности, так и по химическому потреблению кислорода.
Ключевые слова: вторичная переработка пластических масс, очистка сточных вод, коагуляция, фотоокисление, озонирование.
INVESTIGATION OF THE POSSIBILITY OF USING PHOTOOXIDATION AND OZONATION METHODS TO REDUCE THE COLOR OF WASTEWATER FROM THE PLASTIC RECYCLING PROCESS
Gorokhova M. V., Kostyleva E. V. Ivantsova N.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The paper evaluates the effectiveness of photooxidation and ozonation methods for discoloration of wastewater from the washing line of film materials of the polymer recycling process, the past stage of coagulation purification and sedimentation. It is shown that the best results are achieved when using the photo-oxidative method both in terms of chromaticity and chemical oxygen consumption.
Keywords: recycling of plastics, waste water treatment, coagulation, photocatalytic oxidation, ozonation.
Введение
Переработка и повторное использование полимерных материалов является актуальной задачей с позиции охраны окружающей среды и энерго - и ресурсосбережения. Одной из стадий процесса вторичной переработки пластмасс является мойка измельченных полимерных отходов, на которой образуется значительное количество сточных вод, содержащих взвешенные и растворенные вещества, в том числе органические примеси, придающие им цветность. Для их очистки обычно используют коагулянты. Однако часто снижение цветности таких вод происходит менее эффективно, чем осаждение взвешенных веществ, и при дозе коагулянта, позволяющей достичь нормативных значений по взвешенным веществам, цветность воды остается высокой, что может быть обусловлено процессами комплексообразования с органическими компонентами сточных вод и наличием окрашенных веществ, которые затруднительно удалить в процессе коагуляции [1]. Повторное использование такой воды в последующих циклах мойки приводит к постоянному увеличению ее цветности.
Известно использование деструктивных методов глубокой очистки, таких как озонирование и
фотоокисление, для удаления органических веществ из сточных вод [2,3].
УФ-облучение является физическим методом обезвреживания воды, основанным на фотохимических реакциях. Различают несколько участков спектра ультрафиолетового излучения, имеющих разное биологическое воздействие. Из всего диапазона участок УФ-С часто называют бактерицидным из-за его высокой
обеззараживающей эффективности по отношению к бактериям и вирусам. Максимально эффективным является ультрафиолетовое излучение с длиной волны 254 нм. УФ-обработка воды не приводит к образованию вредных побочных продуктов, даже если доза излучения превышена многократно [4].
Окисляющее действие озона может проявляться в следующих формах: прямое окисление, окисление радикалами (непрямое окисление), озонолиз, катализ. При совместном действии озонолиза и окисления радикалами могут быть удалены коллоидные вещества, токсичные
микрозагрязнители, растворенные органические вещества естественного и искусственного происхождения, придающие воде цветность, запах и привкус [5].
Целью данной работы являлась предварительная оценка эффективности методов озонирования и
фотоокисления для снижения цветности сточных вод линии мойки процесса вторичной переработки пластических масс.
Экспериментальная часть
Исследования проводились на образце сточной воды линии мойки пленочных материалов (полиэтилен высокого давления - ПВД) производства по переработке полимерных отходов (Московская область), прошедшей стадию коагуляции сульфатом алюминия (СА) - A^SO^IS H2O. Эффективность очистки оценивалась по содержанию взвешенных веществ, показателям цветности и химического потребления кислорода (ХПК). Их определение проводилось по методикам [6, 7, 8].
Содержание взвешенных веществ в осветленной воде уменьшилось на 99 % и составило менее 10 мг/дм3, что соответствует нормативным требованиям, при исходном содержании взвешенных веществ 449 мг/дм3. Цветность снизилась с 255 градусов по хром-кобальтовой шкале до 110 градусов (57%), ХПК с 253 мгО/дм3 до 139 мгО/дм3 .
Фотоокисление
Исследования по фотоокислению органических примесей сточной воды проводили на лабораторной установке, принципиальная схема которой представлена на рис. 1. С помощью перистальтического насоса раствор поступает в УФ-установку, где он проходит по кварцевому спиралевидному змеевику вокруг лампы ДРБ-8, очищенный раствор попадает в приёмник. Минимальная интенсивность излучения УФ-лампы при длине волны 254 нм составляет Emm = 0.03 Вт/см2. Объём пробы 250 мл, время контакта раствора с зоной облучения составляло 90 с, что соответствовало расходу 0,1 мл/с.
эффективность очистки, %
1-Г
Рисунок 1. Схема лабораторной установки фотоокисления: 1 - перистальтический насос; 2 -УФ-лампа ДРБ-8; 3 - кварцевый змеевиковый фотореактор; 4 - приёмник
Результаты исследования представлены в таблице 1 и на рисунке 2.
Таблица 1. Влияние УФ-облучения на цветность
осветленной
so 60 40 20 0
Рисунок 2. Эффективность очистки осветленной воды УФ-облучением
Из представленных данных видно, что достигнута высокая эффективность по показателю цветности за 270 секунд контакта раствора с зоной облучения, что соответствует 3-м циклам пропускания осветленной воды через установку. Содержание органических веществ, придающих водным растворам окраску, можно оценить по показателю цветности. Содержание органических веществ в целом оценивается по показателю ХПК. Данные по изменению ХПК в процессе УФ-облучения представлены в таблице 2.
Таблица 2. Влияние цикла УФ-облучения на показатель ХПК осветленной воды
Вид пробы ХПК, мг О/дм3
вода после коагуляции АЬ^О^з 139
вода после УФ-облучения, 1 цикл 169
вода после УФ-облучение, 2 цикл 125
вода после УФ-облучение, 3 цикл 105
Некоторое увеличение ХПК после 1 цикла облучения при снижении содержания окрашенных соединений (цветности) связано с тем, что в процессе фотоокисления происходит образование новых неокрашенных органических веществ. После второго цикла УФ-облучения ХПК снижается что свидетельствует о том, что содержание окрашенных и неокрашенных органических веществ снижается в целом.
Озонирование
Исследования по окислительной деструкции сточной воды мойки плёночных материалов объемом 100 мл проводили на лабораторной озонирующей установке ХЯ-21-ЮТ мощностью 10 Вт, представленной на рис. 3. Производительность установки - 1000 мг/ч. Напряжение сети 220 В (частота 50 Гц). Измеренная производительность по воздуху 7 л/мин и 2.5 мг О3 на 1 л воздуха в минуту. Общее время озонирования - 30 мин.
Метод очистки Градусы цветность
УФ-облучение, 1 цикл 66
УФ-облучение, 2 цикл 36
УФ-облучение, 3 цикл 22
Рисунок 3. Схема лабораторной установки озонирования 1 - генератор озона (ХЯ-Ы-ЮТ), 2 -распределитель озона, 3 - реактор, 4 - отвод остаточного озона, 5 - сосуд с гопкалитом для разложения озона
Результаты исследования представлены в таблице 3 и на рисунке 4.
Таблица 3. Влияние озонирования на цветность
осветленной воды
Метод очистки Градусы цветность
Озонирование, 15 минут 43
Озонирование, 30 минут 31
эффективность очистки, %
75 70 65 60 55
15 минут 30 минут
Рисунок 4. Эффективность очистки осветленной воды озонированием
Эффективность очистки воды по показателю цветности за 15 минут озонирования составила 61 %, за 30 минут - 71,5 %.
Данные по изменению ХПК в процессе озонирования представлены в таблице 4.
Как видно из представленных данных ХПК после 15 минут озонирования немного возрастает, а в последующие 15 минут наметилась тенденция к
снижению этого показателя. Дальнейшее увеличение времени озонирования, по всей видимости, может привести к снижению ХПК и цветности осветленной воды.
Заключение
Показана принципиальная возможность использования методов фотоокисления и озонирования для снижения цветности сточной воды линии мойки пленочных материалов процесса вторичной переработки полимеров, прошедшей стадии коагуляционной очистки и отстаивания. Более высокая эффективность по показателю цветности достигается при использовании метода фотоокисления. Этот метод показал и лучшие результаты по ХПК обработанной воды.
Список литературы
1. Горохова М.В., Байкова М.А., Костылева Е.В. Реагентная очистка сточных вод процесса вторичной переработки пластических масс // Сб. науч. тр. Успехи в химии и химической технологии. - Т. XXV, № 12 (247). - С. 54-56.
2. Белов, С. Г. Исследование эффективности применения озона для очистки сточных вод от органических загрязнений различных классов / С. Г. Белов, Г. О. Наумчик // Вестник Брестского государственного технического университета. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. - 2014. - № 2(86). - С. 72-78.
3. Соснина Н. А., Корниенко А. В. Деструкция органических загрязнителей в сточных водах ультрафиолетовым облучением // Актуальные вопросы современной науки. 2008. №4-2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/destruktsiya-organicheskih-zagryazniteley-v-stochnyh-vodah-ultrafioletovym-oblucheniem (дата обращения: 12.03.2022).
4. Грудинкин, А. П. Технологические и технические особенности метода обеззараживания воды ультрафиолетом / А. П. Грудинкин, В. М. Пискарева // Сантехника. - 2016. - Т. 5. - № -5. - С. 52-57.
5. Озонирование воды. Орлов В. А. М.: Стройиздат, Москва, 1984. — 88 с.
6. ПНД Ф 14.1:2:4.213-05 с поправкой на 2019 год. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений мутности питьевых, природных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину.
7. ГОСТ 31868-2012 Вода. Методы определения цветности.
8. ПНД Ф 14.1:2:3.100-97. Методика измерений химического потребления кислорода в пробах природных и сточных вод титриметрическим методом.
60,7
Таблица 4. Влияние времени озонирования на ХПК
осветленной воды
Вид пробы ХПК, мг О/дм3
вода после коагуляции АЫ^О^з 139
вода после озонирования, 15 минут 169
вода после озонирования, 30 минут 159
