Комбинированный метод очистки воды от ионов металлов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

УДК 628.16.087

КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ

И. Я. Шестаков, В. И. Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

В производстве деталей летательных аппаратов применяются гальванические процессы, в результате которых происходит загрязнение сточных вод ионами металлов. Предлагается комбинированный метод очистки воды от ионов металлов включающий электрохимический процесс с одновременным барботированием воздухом, затем введение коагулянта и отстаивание. Концентрации ионов металлов снижаются в десятки и сотни раз.

Ключевые слова: вода, ионы, электрохимический реактор, барботирование, отстаивание. COMBINED METHOD OF CLEANING WATER FROM METAL IONS I. Y. Shestakov, V. I. Shestakov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

In the production of aircraft parts, galvanic processes are used, as a result of which waste water is contaminated with metalions. A combined method of water purification frommet alions is proposed which in cludes an electrochemical process with simult ane ous air bubbling, then the introduction of coagulant and sedimentation. Concentrations of metalions decrease tens and hundreds of times.

Keywords: water, ions, electrochemical reactor, bubbling, sedimentation.

В производстве деталей летательных аппаратов применяются гальванические процессы, в результате которых происходит загрязнение сточных вод ионами металлов. В настоящее время существует большое количество способов очистки воды и водных растворов - механические, химические, электрические, физические, биологические, комбинированные [1]. Например, для очистки воды от железа эффективно используется отстаивание, от меди, никеля, хрома (VI) широко применяют электрокоагуляцию, ионообменные технологии, биологическую очистку и т. д. Сточные воды гальванических производств содержат совокупность различных ионов металлов при концентрации последних 0,5 мг/л и менее. Исследований по комплексной очистке воды от ионов металлов при таких условиях недостаточно.

Представлены результаты экспериментальных исследований очистки воды от ионов металлов с использованием нерастворимых разнородных электродов комбинированным методом, включающим электрохимический процесс с одновременным барботированием воздухом, затем введение коагулянта и отстаивание.

Электрохимическое воздействие переменным асимметричным током проводили в реакторе с использованием пар нерастворимых разнородных электродов [2-7]. Электрохимический реактор выполнен из чередующихся электродов в виде пластин толщиной 1 мм. Материал пластин: нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (3 пластины) и титановый сплав ОТ4-0 (2 пластины). Расстояние между электродами 12 мм. Электроды подключали параллельно к источнику переменного тока частотой 50 Гц. Барботирование очищаемой воды проводили воздухом, который пропускали через воду при помощи компрессора по трубкам, расположенным между электродами. Объем заливаемой воды 1 л. Переменный электрический ток пропускали через воду в течение 10 минут при

Секция «Электронная техника и технологии»

силе тока 0,5 А и напряжении на клеммах электродов 5,6 В. В воде растворяли соли Cd(II), Cu(II), Ni(II), Cr(VI) и Fe(III) при средней концентрации каждого иона 0,5 мг/л. После электрохимической обработки в воду добавляли коагулянт - сернокислое железо FeSO47H2O, при различном соотношении начальных концентраций иона-комплексообразователя и удаляемого иона (Соре2+/Со0. При введении в воду коагулянта, происходило его растворение и электролитическая диссоциация с последующим образованием малорастворимого гидрата окиси железа (III), выпадающего в осадок в виде хлопьев и выступающего в качестве комплексообразователя. Соотношение начальных концентраций иона комплексообразователя и удаляемого иона (Соре2+/Сш) изменяли от 1:1 до 5:1. Далее воду отстаивали в закрытых емкостях при температуре 20-25 оС и атмосферном давлении. Время отстаивания воды (тотс) изменяли от 1 до 8 суток.

Опыты проводили с использованием лабораторных автотрансформаторов (ЛАТР-220-9) и компрессора АСО-308 30W. Для регистрации параметров процесса использовали стандартные приборы - вольтметр (класс точности 0,4), амперметр (0,5), осциллограф С1-83 (0,5).

Степень очистки и удельные энергозатраты рассчитывали по известным формулам.

Экспериментальные исследования показали, что наибольшая степень очистки воды от всех рассматриваемых ионов металлов достигается при пропускании через очищаемую воду переменного асимметричного тока с использованием нерастворимых разнородных электродов (нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, титановый сплав ОТ 4-0) при барботировании воздухом, введении коагулянта - сернокислого железа FeSO47H2O в соотношении начальных концентраций иона комплексообразователя и удаляемого иона 5:1 и отстаивании воды в течение 8 суток. При этом степень очистки воды равна: от кадмия 63,3 %, меди - 99,1 %, никеля - 36,3 %, хрома - 98,4 % и железа - 99,3 %. Удельные энергозатраты составляют W = 1,8 (кВтч)/м3.

Библиографические ссылки

1. Водное хозяйство промышленных предприятий : справ. В 2 кн. Кн. 1 / В. И. Аксенов [и др.] ; под ред. В. И. Аксенова. М. : Теплотехник, 2005. 640 с.

2. Стрюк А. И., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Фейлер О. В., Сурсяков А. А., Кушнир А. А. Способ очистки воды и водных растворов от анионов и катионов. Патент РФ № 2213701, С 02 F 1/46//С 02 F 103:16. Опубл. Б. и. № 28, 10.10.2003.

3. Стрюк А. И., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Фейлер О. В., Сурсяков А. А., Кушнир А. А. Установка очистки воды и водных растворов от анионов и катионов. С. № 18532, С 02 F 1/46. Опубл. Б. и. № 18, 27.06.2001.

4. Шестаков И. Я., Вдовенко В. Г. Способ электрохимической очистки воды и водных растворов от ионов тяжелых металлов. А. с. № 1724591, С 02 F 1/46. Опубл. Б. и. № 13, 07.04.1992.

5. Шестаков И. Я., Раева О. В., Фейлер О. В. О механизме электрохимической очистки сточных вод переменным током // Вестник СибГАУ. 2011. № 1 (34). С. 147-150.

6. Шестаков И. Я., Раева О. В. Электрохимический метод очистки сточных вод переменным током // Техника и технологии. 2011. № 4 (3). С. 348-355.

7. Исследование очистки воды электрохимическим способом в нестационарном электрическом поле с последующей коагуляцией [Электронный ресурс] / И. Я. Шестаков [и др.]. URL: www.science-education.ru/107-8154 (дата обращения: 10.03.2014).

© Шестаков И. Я., Шестаков В. И., 2017