CC BY
27
УДК 628.345; 661.185.1
Маслянникова Д.В., Колесников А.В., Какуркин Н.П.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ СУЛЬФАТ-ИОНОВ
Маслянникова Дарья Валерьевна, студентка 1-го курса магистратуры факультета инженерной химии, инженер I категории технопарка «Экохимбизнес-2000+» Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, e-mail: dar_m_95@mail.ru;
Колесников Артем Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник технопарка «Экохимбизнес-2000+»; Какуркин Николай Потапович, к.т.н., доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов,
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Проводилось извлечение из водных растворов сульфата бария в присутствии различных добавок методом осаждения. Исследовалось влияние различных коагулянтов и ПАВ на скорость процесса. Данный метод может использоваться для очистки сточных вод от сульфат-ионов на гальванохимических производствах.
Ключевые слова: сточные воды, гальванические производства, анодирование алюминия, осаждение, седиментация, фильтрация, сульфат бария.
WASTEWATER GALVANOCHEMICAL PRODUCTION FROM SULFATE IONS
Maslyannikova D.V., Kolesnikov A.V., Kakurkin N.P.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Barium sulphate was extracted from aqueous solutions in the presence of various additives by deposition. The influence of various coagulants and surfactants on the speed of the process was investigated. This method can be used for wastewater treatmentfrom sulphate ions in galvanochemicalproduction.
Keywords: wastewater, electroplating production, anodizing of aluminum, deposition, sedimentation, filtration, barium sulfate.
Введение
Одним из источников загрязнений сточных вод являются гальванохимические производства, стоки которых помимо цветных и тяжелых металлов содержат в большом количестве ионы сульфатов, хлоридов, фосфатов [1]. Например, после кислотного травления в процессе анодирования алюминия концентрация сульфат-ионов в сточных водах может достигать 1 г/л.
В последнее время российские химические заводы все чаще сталкиваются с трудностями в очистке сточных вод от сульфат-ионов (ПДК сульфатов в воде
Методика проведения эксперимента
Осаждение сульфата бария проходило в мерных цилиндрах объемом 250 мл, фиксировалась высота столба осветленной жидкости во времени (рис. 1).
водоемов
хозяиственно-питьевого
назначения
составляет 500 мг/дм [3]). При больших концентрациях (больше 1 г/л) может применяться метод седиментации нерастворимых сульфатов.
Некоторые предприятия используют для очистки гидроксид кальция и осаждают получаемый в результате CaSO4 в отстойниках. Но ввиду остаточной растворимости сульфата кальция этот метод малоэффективен (остаточная концентрация CaSO4 в районе 2000 мг/л). Поэтому для осаждения сульфат-ионов предлагается использовать гидроксид или карбонат бария [4], так как остаточная растворимость образующегося сульфата бария значительно ниже (2,45 мг/л). Но и данный метод имеет свои недостатки - на практике осаждение чистого сульфата бария в отстойниках происходит довольно медленно (больше часа). В ходе наших исследований мы вводили различные коагулянты и ПАВы в систему с сульфатом бария и фиксировали скорость осаждения.
В качестве коагулянтов могут выступать гидроксиды железа (III) или алюминия. Ионы алюминия могут присутствовать на гальваническом производстве анодного оксидирования, а ионы трехвалентного железа нужно вводить в систему специально.
Рис. 1. Мерный цилиндр для осаждения: 11 - высота осветленного столба жидкости, \2 - высота цилиндра. В качестве модельной системы использовался раствор, содержащий свежеприготовленный сульфат бария, коагулянт и ПАВ (концентрация 10 мг/л) при наличии. Сульфат бария готовили из раствора гидроксида бария (концентрация 10 г/л) и серной кислоты (концентрация 1 г/л). Раствор гидроксида бария готовили следующим образом: точную навеску (9,2 г) восьмиводного гидроксида бария (Ва(0Н)2-8Н20) растворяли при нагревании в дистиллированной воде и затем доводили до метки в колбе на 1 л. Раствор серной кислоты готовили следующим образом: точную навеску (10,64 г) раствора серной кислоты (х.ч.) перенесли в колбу на 1000 мл, довели до метки водой и перемешали. Затем отобрали из колбы 100 мл приготовленного раствора в мерный цилиндр и перенесли в другую колбу на 1000 мл, довели водой до метки и перемешали.
В стакан на 500 мл переносят 21 мл серной кислоты и при перемешивании добавляют рассчитанное по кривой титрования количество раствора гидроксида
бария (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость рН от объема гидроксида бария
Основным параметром, определяющим эффективность процесса осаждения, является степень извлечения а, которая высчитывалась через разницу в высоте столба осветленной жидкости:
¿г
где Ь - высота цилиндра, мм, Ь2 - высота осветленного столба жидкости, мм.
Для исследования влияния ПАВ на скорость осаждения частиц были выбраны следующие поверхностно-активные вещества:
анионные ПАВ - додецилбензолсульфонат натрия (КаОВБ);
катионные ПАВ - дидецилдиметиламмоний хлорид (Септапав);
неионогенный ПАВ - полиэтиленоксид (ПЭО-1500).
В экспериментах использовались стандартные растворы солей металлов и фоновых электролитов марок «ч», «х.ч.» и «ч.д.а.».
Экспериментальная часть
Перед проведением процесса осаждения был исследован метод фильтрации через фильтровальную бумагу как чистого сульфата бария, так и в присутствии различных ПАВ и флокулянтов. В результате эксперимента выяснилось, что скорость фильтрации этих систем слишком низкая (больше часа) из-за размера частиц. Поэтому был выбран метод осаждения, так как процесс шел быстрее.
Таблица 1. Степень извлечения сульфата бария с
время а, %
Без добавок А13+ (С = 50 мг/л) А13+ (С = 50 мг/л) +ПАВ А13+ (С =100 мг/л)
5 1 2 0 0
10 4 7 5 0
15 7 10 10 1
20 8 12 - 2
25 14 18 - 2
30 15 23 20-30 2
35 18 30 - 4
55 60 100 - 40
90 100 - 60-80 100
120 - - 100 -
Как видно из таблицы 1, добавление ионов алюминия немного интенсифицирует процесс осаждения, однако наличие ПАВа в данной системе процесс подавляет.
В таблице 2 представлены результаты эксперимента с добавлением ионов железа (III). Добавление к сульфату бария данного компонента показывает положительный результат, а в комплексе с анионным ПАВом система оседает с наивысшей скоростью.
Таблица 2. Степень извлечения сульфата бария с
время а, %
Без добавок Ее3+ (С = 50 мг/л) Ее3+ (С = 100 мг/л) Ее3+ (С = 50 мг/л) + ПАВ
5 1 40 44 50
10 4 80 87 90
15 7 90 98 100
20 8 100 100 -
25 14 - - -
30 15 - - -
35 18 - - -
90 100 - - -
С(ПАВ) = 10 мг/л, ПАВ - МаББ8, С(Ба&0) = 1 г/л, рН = 7.
С(ПАВ) = 10 мг/л, ПАВ - МаББ8, С(БаБ04) = 1 г/л, рН = 7.
Таким образом, установлено, что очистка сточных вод от сульфат-ионов представляет определенный исследовательский интерес. Выяснено, что метод фильтрования чистого сульфата бария, а также системы сульфат бария - ПАВ, сульфат бария -флокулянты различной природы неэффективен. После проведения процесса осаждения сульфата бария в присутствии ПАВ различной природы, а также коагулянтов, можно сделать вывод о том, что при введении в систему наличие ПАВ в системе с алюминием замедляет процесс, а в системе с железом, напротив, ускоряет.
Часть работы выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Соглашения о предоставлении субсидии N°.14.574.21.0169 от 26 сентября 2017 г., уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57417X0169.
Список литературы
1. Ильин В. И. Снижение экологической опасности гальванического производства. Оценка ситуации// Экология промышленного производства
2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, ГН 2.1.5.1315-03 с изменениями ГН 2.1.5.2280-07 и СанПиН 2.1.5.980-00. М: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Министерства здравоохранения Российской Федерации, 2003.
3. Мурзубраимов Б. М., Сатывалдиев А. С., Кочкорова З. Б. Применение гидроксида бария в технологии очистки рассола// Известия НАН КР. — 2013. —№ 3.
