CC BY
38
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июль. 2023 г.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ РЕАГЕНТНЫМ МЕТОДОМ
Мухамедов Кабилджан Гафурович
д-р техн. наук, профессор, Ташкентский химико-технологический институт Республика Узбекистан, г. Tашкент E-mail: [email protected].
Насирова Нилуфархон Кабилджановна
канд. хим. наук,
Ташкентский государственный аграрный университет Республика Узбекистан, г. Tашкент E-mail: [email protected]
Мухамедов Жамалиддин Кабилджанович
соискатель,
Ташкентский химико-технологический институт Республика Узбекистан, г. Tашкент E-mail: _ jamoliddink101@,gmail. com
Абдурахманов Обиджон Хамидович
ст. преподаватель, Ташкентский государственный аграрный университет Республика Узбекистан, г. Tашкент E-mail: obidjon [email protected]
№ 7 (112)
PURIFICATION OF WASTE WATER OF ELECTRONIC PRODUCTIONS BY THE REAGENT METHOD
Kabiljan Mukhamedov
Doctor of. Technical Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Nilufarkhan Nasirova
РhD, Tashkent State Agrarian University Republic of Uzbekistan. Tashkent
Djamaliddin Mukhamedov
Tashkent Institute of Chemical Technology Republic of Uzbekistan. Tashkent
Obidjan Abdurakhmanov
Teacher,
Tashkent State Agrarian University Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Очистка сточных вод от растворенных примесей является наиболее актуальной экологической проблемой. Среди всего разнообразия методов реагентная очистка воды является неотъемлемой частью процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. В работе рассмотрены основные реагенты, применяемые в процессе очистки сточных от ионов тяжелых металлов.
ABSTRACT
Wastewater treatment from dissolved impurities is the most urgent environmental problem. Among the whole variety of methods, reagent water purification is an integral part of the wastewater treatment process from heavy metal ions. The paper considers the main reagents used in the process of wastewater treatment from heavy metal ions.
Библиографическое описание: ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ РЕАГЕНТНЫМ МЕТОДОМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Мухамедов К.Г. [и др.]. 2023. 7(112). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/15732
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
Ключевые слова: реагентная очистка; сточные воды гальванического производства; тяжелые металлы; характеристика загрязнения стоков.
Keywords: reagent cleaning; wastewater from galvanic production; heavy metals; characterization of wastewater pollution.
Введение
Производства, связанные с химической и электрохимической обработкой металлов, являются одними из наиболее вредных для окружающей среды. Особенно опасными являются тяжелые металлы, под действием которых у человека могут возникать тяжелые заболевания нервной системы, кровеносных сосудов, сердца, печени. Кроме того, тяжелые металлы обладают мутагенным действием. Таким образом попадание неочищенных или плохо очищенных сточных вод и других отходов, содержащих тяжелые металлы, в природную среду приводит к большому экологическому ущербу. Поэтому вопросы эффективной очистки сточных вод в процессах обработки металлов в настоящее время весьма актуальны [1].
Гальванические покрытия применяются практически во всех отраслях промышленности: машиностроении, приборостроении, производстве печатных плат и т.д. Несмотря на существенные различия в технологии обработки поверхности различных изделий, все они создают в процессе эксплуатации сточные воды сложного состава, которые, при недостаточной степени очистки, являются источниками загрязнения водной среды. Основным токсичным загрязнителем сточных вод гальванического производства являются тяжелые металлы, в том числе соединения Сг6+ в редких случаях кадмий и свинец. Кроме того, подобные стоки содержат кислоты и щёлочи, некоторые производства, особенно военно-промышленного комплекса, продолжают использовать высокотоксичные цианистые соединения. Собственно, в технологии нанесения гальванических покрытий образуются два типа стоков: промывные и концентрированные отработанные растворы [2].
Для уменьшения экологической опасности этих производств разрабатываются и находят применение различные способы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов которые базируется на химических,
физико-химических и биологических процессах. Поэтому главными задачами являются разработка новых и совершенствование существующих способов очистки, позволяющих снизить капитальные затраты на очистку сточной воды, организация замкнутых систем водоснабжения для предприятий и широкое внедрение автоматизации и механизации, которые обеспечат уменьшение эксплуатационных расходов [3].
Настоящее время наиболее перспективными методами очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов являются реагентные, основанные на переводе ионов в нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. Задача при этом заключается в подборе эффективных реагентов и оптимизации условий их применения, что необходимо для управления химическими и коллоидно-химическими процессами, протекающими в сложной многокомпонентной и многофазной системе. В исследуемых нами сточных водах гальванического производства содержатся, помимо таких ионов, как Zh2+, Си2+, № 2+, Cd2+, Feобщ , также и Сг 6+ в виде CrO-24 , Сп0-27. (табл.1.) Последние трудно переводятся в нерастворимые соединения, обычно применяемыми в практике очистки вод реагентами (щелочи, известь, сульфиды). Это требует предварительной обработки кислых сточных вод, заключающейся в восстановлении Сг 6+ в Сг 3+. Процесс восстановления применяется для очистки сточных вод от токсичных соединений, которые в восстановительной форме менее токсичны и могут быть без труда выделены из сточных вод. Широкое применение этот метод получил для очистки сточных вод от солей хромовой кислоты. В этом случае Сг6+ восстанавливают двухвалентным Fe. Для восстановления могут быть использованы соли Fe(IГ), Nа2SOз , отходы металлических
стружек или газообразная двуокись серы по схеме реакции:
6 Fe SO4 + 6 H2 SO4 + 2 H2 CrO4 ^ Cr2 (SO4)3 + 3 Fe2 (SÜ4)3 + 8 H2O 6 Na H SO3+3 H2 SO 4 + 4 H2 CrO4 ^2 Cr2 (SO4)3 + 3 Na2 SO4 + 10 H2O 3 Na2 SO3+3 H2 SO4 + 4 H2 CrO4 ^ 2 Cr2 (SO4)3 + 3 Na2SO4 + 5 H2O 3 SO2 + 2H2CrO4 ^ Cr2 (SO4)3 + 2 H2O
Перспективным считают применение в качестве восстановителя двуокись серы. [4] Характер протекания реакции между хромовой кислотой и 8О2 зависит от рН. При рН < 3 процесс восставовления заканчивается довольно быстро, а при рН < 2 - полностью завершается за 10 мин. Однако практически подаваемое количество восстановителя должно превышать теоретически необходимое в 2-2,5 раза и применение газообразного реагента сопряжено с привлечением ряда дополнительного оборудования и необходимостью ведения процесса в соответствии с требованиями техники безопасности и охраны труда.
Применение ^Н80з в качестве восстановителя не обеспечивает полного перехода Сг 6+ до Сг 3+ (табл.1. ). т. е. содержание С г 6+ снижается с 145 мг/л до 1,5-3,5 мг/л, которое превышает ПДК и поэтому стоки нельзя сбрасывать в канализационную сеть. Это, видимо, связано с большой склонностью бисульфита натрия к окислительно - восстановительным реакциям и с возможностью протекания обратной реакции при изменении рН среды [5].
В качестве восстановителя нами использован железный купорос ^е8О4) с тем, чтобы на последую-
• 7universum.com
UNIVERSUM:
'E Ё Vl!: _июль. 2023 г.
щих стадиях очистки он в окисленной форме вы- гетерокоагуляции с образованием гидроксида же-
полнял роль коагулянта и участвовал в процессе леза [Fe(OH)3], обладающего большой удельной
поверхностью и адсорбирующими свойствами [6].
№ 7 (112)
Таблица 1,
Характеристика сточных вод гальванических производств (электрополирование, травление, фотопечати и др.)
№ п.п. Сточные воды производств рН Плотность г/см3 Содержание загрязнителей, мг/л.
Взвешанные вешества. Нефте продукты Сухой остаток гр. 0 « П X Фосфаты Хлориды Сульфаты Кальций Жесткость
1. ООО «МЕТ-FUR-SERVIS» 1-3 1,01-1,05 10-50 - 0,8 2501 5400 -6000 420 3000-5000 130-150 10-11
Содержание ионов металлов, мг/л.
№ п.п. Cr (VI) Cr (III) Fe.общ. Cu 2+ Zh 2+ Ni 2+ Cd 2+ РЬ 2+ Sn 2+ Цветность
1. 100-3500 0,5-2,0 0,5-5,0 2000-2500 500-700 2000-3000 50-70 - - Желтая
Для образования гидроксида железа и других нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов в сточной воде необходим определенный щелочной резерв, который создается добавлением одного из следующих щелочных реагентов: ^2 СО3, ^ ОН, NH4OH, Са(ОН)2. Установлено что при рН=8,5-9.5 имеет место наиболее полный переход ионов тяжелых металлов в гидроксиды. Интервалы рН осаждения гидроксидов, структура осадка и, соответственно, скорость осаждения зависят от природы добавляемого щелочного реагента. Из всех щелочных реагентов наиболее рационально применение известкового молока, т.к. едкий натр, карбонат натрия стали весьма дефицитными и использование их, по-видимому, целесообразно лишь в случае одновременного получения ценных продуктов из сточных вод [7].
Хорошая растворимость натриевых солей в воде упрощает процесс нейтрализации, но увеличивает количество минеральных примесей. Кроме того, СО2, образующийся при использовании карбоната натрия, обуславливает пенообразование, коррозию оборудования, флотацию осадка и т.д. Так, в случае применения №ОН из-за проявления амфотерных свойств гидроксидом цинка и хрома, рН осаждения узок [8], а при применении NН4ОН возможно образование аммиачных комплексов с некоторыми металлами, например, с цинком и кадмием. Применение в практике очистки сточных вод гашеной и негашеной извести основано на их нейтрализующих свойствах, образовании в системе труднорастворимых соединений, таких как гидроксиды металлов, а также кальциевых солей в виде сульфата, карбоната, фосфата, фторида. Кроме того, известковым молоком (5-10% Са(ОН)2 удается установить значение рН в узком интервале рН- до 8,5-9,5, при котором ионы
металлов переходят в соответствующие гидроксиды с образованием новой гетерогенной фазы, которую, применяя далее коллоидно-химические и механические методы (коагуляция, флокуляция, отстаивание), можно отделить от дисперсионной среды. Разработанный нами способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов заключается в следующем: во избежание образования ферритов FеSО4 растворяют в 5%-ным растворе Н2S04 и при постоянном перемешивании смесь доводят до полного растворения, сульфата железа. После этого, путем разбавления водой, концентрацию раствора доводят до 5%. Процесс восстановления Сг6+ до Сг3+в исследуемой сточной воде проводят в интервале рН 2,0-3,5 при непрерывном перемешивании и добавлении 5%-ного раствора FеSО4. Завершение процесса перевода Сг6+в &3+определяют по качественной реакции с помощью индикатора-спиртового раствора дифенилкарбазида (0,1% раствор). При его добавлении к сточной воде не должно быть окрашивания в вишневый цвет [9].
При содержании в сточной воде 250-350 мг/л требуется 10-15 мл 5%-ного раствора FеSО4. Расчеты показывают соответствие стехиометрическому соотношению окислительно-восстановительный процесс. Далее, добавлением известкового молока до значений рН тяжелые металлы осаждают в виде гид-роксидов и, таким образом, осуществляют перевод всех ионов в нерастворимые соединения по схеме:
^ O-24 + Fe+2 + 8^ ^ Сг+3 + Fe+3 + 4H2O Me+(X) + Ca(OH)2 ^Ме (ОН^
При добавлении к сточной воде известкового молока происходит изменение значений рН во времени, т.е. процесс нейтрализации происходит не мгновенно,
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
а требует определенного времени. Равновесное значение рН в объеме 100 мл было достигнуто за 7-10 мин; при этом наблюдалось снижение значений рН после добавления отдельных порций известкового молока. Для достижения оптимального значения рН в системе, равного 9,5, при котором выпадают в осадок все гидроксиды металлов, необходимо добавлять известковое молоко в таком количестве, чтобы первоначальное значение рН было равно 10. Таким образом, обработка раствором гашеной извести должна производиться в определенном интервале времени для достижения постоянного значения рН среды.
Описание технологического процесса очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, образующихся на гальваническом производстве
Сточные воды гальванического производства, содержащие ионы тяжелых металлов имеющею рН-3-5 среду самотеком поступают в емкость усреднитель вместимостью 50 м3 расположенное в позиции Е-1.
Усреднитель расположен в приямке, покрыт внутренней гидроизоляцией химически стойкими материалами типа битумной мастики толщиной 2-3 мм. Перемешивание стоков осуществляется с помощью сжатого воздуха подаваемого из компрессорного отделения при атмосферном давлении 3-Па.
Перед подачей сточных вод в гальвано-коагулятор (поз.Е-3) сточную воду подкисляют при необходимости в усреднителе (поз. Е-1), т.к. рН сточной воды должно соответствовать к 2-3,5. Подкисление осуществляют с помощью концентрированной серной кислоты (поз.Е-5).Для автоматизированного дозирования серной кислоты при выходе из усреднителя устанавливают рН-метр марки ДИ6М-2 рН-261 шк.0-14, рН КСПЗА шкала 0-14, рН БПДУ-А. Подачу серной кислоты осуществляют через расходомер -ротаметр марки РПД-320 В1 и вторичный регистрирующий прибор ПВ10-1Э с блоком.
Усредненные стоки (рН 2,0-3,5) с помощью насос марки Х-8/18-Т-С (поз.Е-2) подаются в гальвано коагулятор (поз.Е-3) для дальнейшей обработки. Одновременно туда же из расходного бака (поз.Е-6) через ротаметр подают 5%-ный водный раствор железного купороса. Для приготовления: 5%-ного Бе2804 необходимое количество Бе2804 (5кг) растворяют в 5%-ном водном растворе Н2804(5л), после чего разбавляют водой (95л). При обработке стоков происходит восстановление Сг+6 до Сг+3 с Fe2S04 по схеме:
СГО-24 + Fe+2 + 8Н+ ^ Сг+3 + Fe+3 + 4 Н2О
Расход железного купороса на 1м3 сточной воды составляет 20-30л. Для полноты реакции восстановления необходимо непрерывное перемешивание в течение 20-25 минут. В целях экономии химически чистого реагента Fe2S04, используемого при очистке сточных вод гальванических производств, рекомендуется использовать отходы вторичного железа т.е. стружки, образующихся на металлообрабатывающих предприятиях. Это, в свою очередь, позволяет сэкономить чистые реагенты. Полнота восставления
Сг+6 до Сг+3 контролируется методом качественного анализа с помощью индикатора-спиртовым раствором дифенилкарбазида, который в присутствии шестивалентного хрома окрашивает пробу в красно-фиолетового цвета [10].
После завершения процесса стоки направляться в реактора-нейтрализатора марки СЭРН.25-2.12-01, расположенную на (поз.Е-4), для дальнейшей очистки. В этом устройстве сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, обрабатываются 5% водным раствором СаО т.е. Са(ОН)2 , который переводит ионы металлов в нерастворимое состояние, т.е. в гидроксиды. При этом в реактор-нейтрализатор добавляют 5% раствор известкового молока, приготовленную в баке (поз.Е-7).
В процессе превращения ионов тяжелых металлов в гидроксиды рекомендуется интенсивно перемешивание в течение 10-13 минут. Во время превращения ионов тяжелых металлов в гидроксиды рекомендуется поддерживания рН среды в пределах 8,5-9,5. В этом процессе ионы металлов (Ме(О^х) гидроли-зуются с выделением гидроксидов. В целях ускорения процесса отделения твердой фазы от жидкой и доведения очистки до санитарных норм ПДК рекомендуется применение полиэлектролитов-флокулянтов.
Образовавшую суспензию направляют в ла-мельный-отстойник осветлитель, расположенный в позиции Е-9, с помощью химического насоса марки Х-65-50-16, расположенного в позиции Е-14, для проведения следующей стадии процесса. Вместимость ламельного-отстойника осветлителя составляет 30м3 которая оснащена специальными регулировочными пластинами.
В суспензию поступающую в ламельный-от-стойник осветлитель, одновременно к верхней части турбулизатора из позиции Е-8 подается 0,1%-ный водный раствор флокулянта унифлок. Основная функция флокулянта заключается в ускорении процесса флокуляции за счет укрупнения образующихся в суспензии мелких взвешенных частиц. Образовавшиеся крупные взвещанные вешества сталкиваются о пластины которые установлены под наклоном 45-50° и осаждаются в нижнюю коническую часть ламельного-отстойника осветлителя. Через специальные желоба в верхней части ламельного-отстой-ника осветлителя, осветленная вода самотеком поступает в эмалированную емкость объемом 25 м3, расположенную в позиции Е-10, и далее насосом марки Х-8/18-ТС расположенного в позиции Е-11, направляется на следующую ступень обработки. На следующем этапе для создания замкнутой системы водоснабжения осветленная вода поступает в стадию умягчения в ионообменные фильтры марки Ду-700 предназначенные в 1 этапе для №+-фильтрах (позиция Е-15 и Е -16) и 2-этапе в Н+- фильтрах (позиция Е-17). Ионообменные фильтры предназначены для обессоливания или умягчения воды методом ионного обмена, при этом очищенная вода пропускается через слой катионита (сульфоуголь, катионит КУ-1 и др.), расположенный в фильтре. Умягченная вода в ионообменных фильтрах, направляется под давлением в эмалированную емкость вместимости
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
30 м3, расположенную в позиции Е-18, далее с помощью насоса марки Х-8/18-ТС расположенного в позиции Е-14 направляется гальваническое отделение для приготовления различных реагентов и мойки оборудования в качестве технической воды. Емкости в позиции Е-20 и Е-21 предназначены для регенерации катионитов и анионитов, используемых в процессе умягчения воды. Вода, использованная в процессе регенерации, направляется в усреднитель для повторной очистки расположенного в позиции Е-1 с помощью насосов Х-8/18-ТС, расположенных в позиции Е-19 и Е-22. Осадок, осевший в нижней конической части ламельного-отстойника осветлителя, под гидростатическим давлением направляется на фильтр пресс марки К-470, расположенного в
позиции Е-12, для обезвоживания шлама водоочистки.
Фильтр прессовые установки марки К-470 эффективны для обезвоживания шламов, образующихся в процессе очистки промышленных сточных вод, так как используются для последующего разделения тонкодисперсных и крупнодисперсных систем. Такие фильтр-пресс установки предназначены для отделения частиц около 0,2 мм/с до 0,5 мм/с при взвешенном состоянии.
Обезвоженный в фильтр-прессе шлам собирается в специальный контейнер, расположенный в позиции Е-13, для транспортировка на следующий технологический процесс, т.е. на завод строительных материалов, для использования в качестве вторичного сырья.
Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод гальванического производства
Таким образом, сущность предлагаемой рациональной технологической схемы очистки сточных вод гальванических производств (рис.1) заключается в том, что все соединения, содержащие ионы металлов, выделяются с помощью реагентов 5% Fe 2SO4; вторичных отходов железа (стружек); 5% -ного известкового молока Са(ОН)2 а также в переводе ионно-диспергированных смесей в гетерогенное состояние с помощью полиэлектролита флокулянта серии «Унифлок».
Стоки прошедшие вышеописанные этапы очистки, как правило могут использоваться в замкнутой системы оборотного водоснабжении предприятия.
На основании проведенных научных-исследовательских работ по очистки сточных вод гальванических производств реагентным методом можно сделать следующие выводы:
1. Разработана ресурсосберегающая технология процесс очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов гальванического производства, с применением новых реагентов и оборудования решающею важнейшую экологическую проблему.
2. Обосновано применение местной продукции химической промышленности республики, осуществляется эффективный технологический процесс очистка сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, с созданием замкнутой системы водоснабжения
3. По предлагаемому процессу технологии очистки сточных вод гальванических производств от
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
ионов тяжелых металлов было проведено опытно производственные испытания в ОАО «МЕТ-БиЯ-SERVIS». При этом в усовершенствованном технологическом процессе достигнута высокая эффективность очистки сточных вод гальванического
4. Использование предлагаемого метода позволит: снизить риск загрязнений водных объектов тяжелыми металлами; упростить технологическую схему процесса очистки; уменьшить величину эколого-экономического ущерба.
производства. Список литературы:
1. BWT. Best Water Technology. [Эл. Ресурс] Режим доступа: http://www.bwt. ru/useful-info/704/
2. Solenis. PraestolTM Flossulants. [Эл. Ресурс] Режим доступа: https://solenis.com/en/industries/municipal/inno-vations/praestol-flocculants/
3. Музыченко О.В. Современные коагулянты. Вологдинские чтения, 2009. - С. 82-84.
4. Камалиева А.Р. Комплексная оценка качества алюмосодержащих и железосодержащих реагентов для очистки воды. Вестник Казанского технологического университета, 2013. - С. 35-42.
5. Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Чернобережский Ю.М. Промышленная экология. СПб: СПб ГТУ РП, 2012. -
6. Комарова Л.Ф., Полетаева М.А. Использование воды на предприятиях и очистка сточных вод в различных отраслях промышленности/ Л.Ф. Комарова, М.А. Полетаева. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - 174 с.
7. Виноградов С.С. Промывные операции в гальваническом производстве / С.С. Виноградов. - М. : Глобус,
8. Кочергин А.С. Интенсификация работы локальных очистных сооружений гальваностоков с использованием реагентов-осадителей/ Автореферат. кан.тех.наук. Пенза.-2010.- 24 с.
9. Корчик Н.М. Очистка сточных вод гальванического производства с возвратом воды на операции промывки / Н.М. Корчик, С.В. Беликова // Водоочистка. - 2010. - № 9. - С. 2125.
10. Ю.Ю. Лурье. Аналитическая химия промышленных сточных вод: Учебное пособие / Изд-во ЁЁ Медиа. 2012.
109 с.
2007. - 156 с.
С.- 440.
