CC BY
40
УДК 628.543.1; 628.16.081 Кузин Е.Н.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА КОМПЛЕКСНЫМИ КОАГУЛЯНТАМИ
Кузин Евгений Николаевич - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 e.n.kuzin@mail. ru
Наибольший вклад в процессы поступления тяжелых металлов в гидросферу вносят сточные воды гальванического производства. В результате экспериментов в процессах очистки сточных вод гальванического производства были испытаны образцы комплексных коагулянтов, полученные по модернизированной технологии переработки титансодержащего (ильменит) сырья. Полученные в процессе сернокислотного вскрытия растворы содержащие сульфаты железа и титана, корректировали по соотношению компонентов. Полученные образцы комплексных коагулянтов показали высокую эффективность очистки модельной и реальной воды гальванического производства. Установлено, что введение в состав коагулянтов соединений титана позволяет увеличить скорость фильтрации получаемых осадков на 25 - 40 %.
Ключевые слова: гальванопокрытия, сточные воды, комплексный коагулянт, скорость фильтрации
CLEANING OF WASTEWATER GALVANIC PRODUCTION WITH COMPLEX COAGULANTS
Kuzin E. N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia e.n.kuzin@mail. ru
The largest contribution to the processes of entry of heavy metals into the hydrosphere is made by the wastewater of electroplating. As a result of experiments in the processes of purification of wastewater of electroplating production, samples of complex coagulants obtained using modernized technology for processing titanium-containing (ilmenite) raw materials were tested. The solutions obtained in the process of sulfuric acid opening containing sulfates of iron and titanium were corrected by the ratio of components. The obtained samples of complex coagulants showed high purification efficiency of model and real water of electroplating production. It has been established that the introduction of titanium compounds into the coagulants makes it possible to increase the filtration rate of the precipitates obtained by 25-40%.
Keywords: electroplating, wastewater, complex coagulant, filtration rate
Участок нанесения гальванических покрытий является неизменным атрибутом большинства машиностроительных и
металлургических производств. В зависимости от назначения состав технологической линии, а, следовательно, и состав сточных вод будет существенно различаться.
Сточные воды гальванического
производства представляют собой сложную, многокомпонентную смесь: органических веществ (ПАВ, нефтепродукты и т.д.) и различных соединений тяжелых металлов (Си2+,№2+, Бе и др.), а также анионов органических и минеральных кислот. Все соединения тяжелых металлов крайне токсичны, ввиду чего процессам очистки подобных стоков уделяется особое внимание.
Для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (за исключением соединений Сг (VI)), эффективно используют процесс осаждения тяжелых металлов в виде нерастворимых гидроксидов при рН 8,0 - 8,5. Для ускорения процессов осаждения хлопьев гидроксидов применяют коагулянты/флокулянты [1].
Наиболее распространенными коагулянтами в настоящее время являются соединения алюминия. Данные реагенты хорошо зарекомендовали себя в процессах очистки природных и сточных вод
различного происхождения. Несмотря на высокую эффективность, данным реагентам присущи следующие недостатки. Соединения алюминия плохо работают при пониженных температурах и имеют ограниченный диапазон рН (от 6,0 - до 8,0), ввиду чего их обычно не используют для очистки сточных вод гальванического производства [2].
Коагулянты на основе железа получили более широкое распространение в процессах очистки сточных вод гальванических производств, ввиду их низкой стоимости и способности соединений железа (II) восстанавливать соединений хрома (VI). Несмотря на это железосодержащим реагентам также присущи определенные недостатки. Ионы железа способны образовывать стойкие, органические комплексы с кислотными анионами (винные, салициловые и др.). Помимо этого при использовании в качестве коагулянтов соединений железа (II) и (III) образуется значительные количества труднофильтруемого осадка. Процесс осаждения и фильтрации данных осадков в значительной мере усложняет аппаратурную схему очистки сточных вод.
В настоящее время набирают популярность, так называемые, комплексные реагенты. Одним из таких реагентов является титансодержащий коагулянт, показавший высокую эффективность в
процессах очистки сточных вод сложного состава [3, 4]. К сожалению, существующие в настоящее время технологии получения комплексных коагулянтов достаточно дороги и не нашли широкого применения.
Основной целью исследования являлась оценка возможности получения комплексных титансодержащих коагулянтов на базе ильменитового сырья. Для достижения
поставленной цели была сформулирована задача: разработка технологии получения комплексных реагентов на базе имеющихся промышленного производства.
Содержание соединений тяжелых металлов в модельных и реальных сточных водах определяли на атомно-эмиссионом спектрометре с СВЧ связанной плазмой «СпектроСкай». Содержание соединений хрома (VI) определяли спектрофотометрически на приборе DR 2800 (HACH USA), а остаточные концентрации взвешенных веществ измеряли на турбидиметре HANNA HI 98703 (USA).
Состав ильменитового концентрата определяли, метом рентгенофазового анализа на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М. Содержание основных компонентов в образце ильменитового концентрата составляло:
• FeO - 33.8 %
• TiO2 - 30,75%
• SiO2 - 0,52%
• AI2O3 - 0,37%
В качестве основной технологии производства была использована сернокислотная переработка ильменитового сырья, включающая разложение ильменитового концентрата серной кислотой (Т: Ж 1:2 - 1:8), с последующей нейтрализацией свободной серной кислоты металлическим железом (реакция 1).
БеТЮз + 2 Ы2804 = ТЮБО^О + РеБО^О 1
Время проведения процесса вскрытия - 4 часа, температура 180 - 200°С, концентрация кислоты - 80 % масс. На выходе получали слабокислый раствор (предотвращение гидролиза) смеси сульфатов железа и титана. Содержание основных компонентов в полученных растворах представлено в таблице 1.
Таблица 1.
Т:Ж TiOSO^O, % масс. FeSO4-7H2O, % масс.
1:2 13,19 86,71
1:4 5,54 94,36
1:6 3,48 96,42
1:8 2,52 97,38
Из данных таблицы 1 видно, что в зависимости от соотношения Т:Ж можно получать образцы комплексных коагулянтов с различным содержанием активного компонента. В соответствии с литературными и экспериментальными данными оптимальным содержанием соединений титана в составе комплексного коагулянта считается 5 - 10 % масс. [5].
Образец, полученный при соотношении Т: Ж 1:4 тестировали на модельной воде, содержащей соединения тяжелых металлов (Сг (III), Сг (VI), Си , N1 , Беощ) в количестве 10 мг/л. Модельную воду обрабатывали раствором гидроксида кальция до значений рН 8,5, а для интенсификации процесса осаждения использовали комплексный коагулянт в сравнении с традиционным сульфатом железа (II).
Таблица 2.
Остаточные концентрации загрязняющих веществ
Реагент Остаточное содержание, мг/л
Cr (III) Cr (VI) Cu Ni Fe Взв. вещ.
Комплексный коагулянт 0,05 0,01 0,05 0,04 0,1 0,17
Сульфат железа (II) 0,05 0,11 0,06 0,04 0,12 1,9
Из данных таблицы 2 видно, что по своей эффективности комплексный коагулянт не уступает традиционным реагентам, при этом эффективность снижения содержания взвешенных веществ была значительно выше, чем при использовании обычного сульфата железа.
Повышенную эффективность удаления взвешенных веществ образцами комплексного коагулянта можно объяснить явлениями поликонденсации соединений титана протекающими при гидролизе оксид-сульфата титана [6]. Помимо этого образующиеся частицы гидроксида титана обладают развитой поверхностью (уд. повер. 31
м2/г), а также несут на своей поверхности отрицательный заряд (- 21 мВ), что говорит о возможности протекания процессов
зародышеобразования и коагуляцией положительно заряженных гидроксидов тяжелых металлов [1].
Заключительным этапом исследований стала апробация полученного образца комплексного коагулянта на реальной воде участка нанесения гальванопокрытий машиностроительного
производства (р. Удмуртия).
Условия экспериментов были аналогичны условиям для модельной воды. Состав образца сточной воды: рН - 3,12 (рН 7,8 после
нейтрализации ), Си - 15,6 мг/л, Сг (VI) - 5,3 мг/л, Сг (III) - 0,3 мг/л, БеОБщ - 8,4 мг/л, взвешенные вещества - 34 мг/л. Остаточные концентрации загрязняющих веществ представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Остаточные концентрации загрязняющих веществ
Из данных диаграммы 1 видно, что по своей эффективности образцы комплексного коагулянта превосходят традиционный сульфат железа. Особенно данная разница видна на примере снижения содержания взвешенных веществ и соединений железа и хрома.
В процессе экспериментов было отмечено, что скорость фильтрации осадков, полученных при использовании различных коагулянтов, существенно отличалась (таблица 3).
Таблица 3.
Скорость фильтрации, мл/мин
Доза коагулянта, мг/л MeXOY 15 20 25 30
Комплексный коагулянт 76 91 92 91
Сульфат железа (II) 63 79 74 65
Из данных таблицы 3 видно, что скорость фильтрации осадков, полученных при использовании комплексных коагулянтов примерно на 15 - 20 % выше, чем при использовании традиционных реагентов.
Заключение
В процессе экспериментов доказана возможность получения комплексных
титансодержащих коагулянтов на базе сернокислотной технологии переработки
ильменитового концентрата. Установлено, что по своей эффективности комплексные реагенты не уступают традиционному сульфату железа, а в ряде случаев значительно превосходит ее (Сгобщ. Реобщ, взв. вещ.). Отмечено, что при использовании комплексных коагулянтов скорость фильтрации полученных осадков значительно увеличивалась (в.25 - 1.5 раза), что позволит повысить эффективность процесса очистки и сократить габариты технологического оборудования.
Список литературы
1. С.С. Виноградов. «Экологически безопасное гальваническое производство» - Изд. 2-е, перераб. и доп.; "Глобус". М., 2002. - 352 с.
2. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с.
3. E.N. Kuzin, P.I. Chemyshev, N.S. Vizen, N.E. Krutchinna, The Purification of the Galvanic Industry Wastewater of Chromium(VI) Compounds Using Titanium(III) Chloride // Russian Journal of General Chemistry, 2018, Vol. 88, No. 13, pp. 2954-2957.
4. Н. Е. Кручинина, Е. Н, Кузин, С. В. Азопков Использование коагулянтов на основе хлоридов титана и кремния в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов // Химическая промышленность сегодня - Москва: Изд-во «Химпром сегодня», 2017. № 8. С. 36 - 40.
5. Shon H., Vigneswaran S., Kandasamy J., Zareie M., Kim J., Cho D., Kim J.H. Preparation and characterization of titanium dioxide (TiO2) from sludge produced by TiCl4 flocculation with FeCl3, Al2(SO4)3 and Ca(OH)2 coagulantaids in wastewater //Sep. Sci. Technol. 44 (2009) P. 1525-1543 doi.org/10.1080/01496390902775810.
6. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. Учебное пособие Текст. М.: ИКЦ «Академкнига». -2007. -309 с.
