CC BY
39
УДК 621.762.24:669.273
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД КОЖЕВЕННЫХ, ТРАВИЛЬНЫХ И ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ИОНОВ ХРОМА
Л.А. Воропанова*, Ф.А. Гагиева**, З.А. Гагиева***
Аннотация. Исследовано извлечение ионов Cr (III) из водного раствора соли Cr2(SOJ3 и смеси солей Cr2(SOJ3 и К2Сг207. Установлено, что из растворов с общей концентрацией хрома 500 мг/дм3 возможно селективное извлечение Cr (III) при величине рН вблизи рН его гидратообразования за время не более 30 мин.
Ключевые слова: сточные воды, сорбция, хром, водный раствор, концентрация, величина рН, сорбент.
Хром относится к высоко токсичным веществам. Он выделен как особо опасный для окружающей среды наряду с Cd, As, Ni, Hg, Pb, Zn. Сточные воды кожевенных, травильных и гальванических отделений перед сбросом в водные бассейны необходимо очищать от ионов тяжелых металлов до норм ПДК [1, 2].
В сточных водах хром содержится в окисленной Cr (VI) и в восстановленной Cr (III) формах. Обычно Cr (VI) восстанавливают до Cr (III), последний вместе с другими катионами тяжелых металлов осаждают известью, содой и другими щелочными реагентами.
Как видно из данных таблицы, гидроксид хрома (III) амфотерен, его осаждение начинается в кислой, а растворение - в щелочной области.
Для очистки сточных вод от экологически опасных составляющих используют сорбцию с применением как катионитов так и анионитов.
В процессе сорбции аниона Cr (VI) для ряда сорбентов, например активированного костного угля, в области рН < 3 развиваются окислительно-восстановительные процессы между Cr (VI) и сорбентом, приводящие к появлению в растворе восстановленных форм хрома, например по реакции:
Сг2072" + 14Н+ + бе = 2Сг3+ + 7Н20. (1)
Реакция (1) осуществляется тем интенсивнее, чем меньше величина рН и больше время контакта раствора и сорбента [4].
В данной работе исследована сорбция катионов Cr (III) из водных растворов на катионите
рН осаждения гидроксида хрома (III) из водного раствора по данным [3]
рН
4.0
4.7
6.8
9.4
12-13
Процесс
Начало осаждения из 1 М раствора
Начало осаждения из 0.01 М раствора
Практически полное осаждение (концентрация < 10- М)
Начало растворения осадка
Полное растворение осадка
* Воропанова Лидия Алексеевна - доктор технических наук, профессор СКГМИ (ГТУ) (lidia_metall@mail.ru).
** Гагиева Фатима Акимовна - кандидат технических наук, патентовед СКГМИ (ГТУ) (fatima.gagieva.80@mail.ru).
*** Гагиева Залина Акимовна - кандидат технических наук, ведущий инженер Лаборатории вещественного и химического
анализа Центра инженерного сопровождения предприятий ОАО «ГМК «Норильский никель»\Заполярный филиал
(gagievaza@nk.nornik.ru).
ТОМ 15
а
80
70
о
8 60
<и S К
<D
V
<u
ч «
со
К
50
40
30
20
10
Обработка сорбента
кислая водная щелочная
20 40 60 80
Время, мин
100
120
б
о о ев
е и н е
е
Ч «
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
20
40
60
80
100
120
Время, мин
Рис. 1. Извлечение иона Cr (III) из водного раствора в зависимости от времени и обработки сорбента при рН: а - 2,5; б - 3,5
0
0
0
0
марки КУ-2, который получен сульфированием сополимера стирола и дивинилбензола (ДВБ). Гелевый сильнокислотный катионит КУ-2 содержит 8-20 % ДВБ.
Сорбент подвергали предварительной обработке в течение суток в 0,1 н растворах Н2Э04 (кислая обработка), либо NaOH (щелочная обработка), или в дистиллированной воде (водная обработка).
В исходном растворе, содержащем извлекаемый металл, устанавливали заданное значение рН, которое в процессе извлечения металла менялось, поэтому регулировали рН до исходного значения щелочью NaOH или кис-
лотой H2SO4. Через определенные промежутки времени от начала процесса контролировали концентрацию ионов металла в водной фазе.
На рис. 1 даны результаты сорбции катионов Cr (III) из водного раствора на сорбенте КУ-2 в зависимости от времени и обработки сорбента при рН: а - 2,5; б - 3,5. Видно, что результаты сорбции слабо зависят от предварительной обработки сорбента. Лучшие результаты получены за время не более 30 мин вблизи рН гидра-тообразования Cr (III): рН = 3,5.
На рис. 2 даны результаты сорбции катионов Cr (III) из водного раствора на сорбенте КУ-2 в зависимости от величины рН, времени сорбции
ТОМ 15
ВОРОПАНОВА Л.А., ГАГИЕВА ФА. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
57
а
100 90 8 80 § 70 60
<u S Я
<D
<D «
И
CO
s
50 40 30 20 10 0
90 80
рН
20
40
60
80
100
120
Время, мин б
20 40 60 80
Время, мин
100
120
0
0
в
100
0 20 40 60 80 100 120
Время, мин
Рис. 2. Зависимость извлечения ионов Cr (III) от величины рН раствора, времени сорбции и предварительной обработки сорбента КУ- 2: а - кислая, б - водная, в - щелочная обработки
ТОМ 15
а
2000
ч
» 1500
% s
« (Я
о s
£ Ü 1000
н &1
о н
о ig
я
к
§
СИсХ, мг/дм3
И Ж -■-690
-А-1260
->«-1675 -Ж-2050
nl -II*, Ж )К )К _ф_
1000
)( )( к-*-*--*
500
90
80
70
г/
/г
м 60
ш
О
и 50
40
30
10 20 30 40 Время, мин
б
50
60
200 400 600 800 1000 1200 Равновесная концентрация, мг/дм3
1400
Рис. 3. Результаты сорбции Сг (III) из водного раствора при рН = 3,5 и кислой обработке сорбента в зависимости от концентрации и времени сорбции:
а - зависимость остаточной концентрации Сг (III) от исходной концентрации и времени сорбции,
б - изотерма сорбции: зависимость статической обменной емкости сорбента СОЕ от равновесной концентрации ионов Сг (III) в момент времени 30 мин.
0
0
0
и предварительной обработки сорбента при концентрации исходного раствора ~ 500 мг/дм3. Лучшие результаты сорбции получены при кислой и щелочной обработке сорбента за время 30 мин вблизи рН гидратообразования: рН = 4. Вблизи рН гидратообразования ионов хрома (III) результаты сорбции слабо зависят от предварительной обработки сорбента, однако в более кислой области разница в результатах сорбции становится заметной: щелочная обработка дает более высокие показатели извлечения, чем кислая.
На рис. 3 даны результаты сорбции Cr (III) из водного раствора при рН = 3,5 и кислой обра-
ботке сорбента в зависимости от концентрации и времени сорбции. Равновесие наступает за время 30 мин., величина максимальной статической обменной емкости СОЕ = 80 мг/г.
На рис. 4 даны результаты сорбции хрома из водного раствора смеси солей Сг2^04)3 и К2Сг207 при молярном соотношении Сг (VI) : Сг (III) = 2 : 1 и общем содержании ионов хрома 500 мг/дм3. Извлечение общего хрома из смеси солей составляет примерно 33 %, что соответствует относительному содержанию Сг (III) в растворе. По данным химического анализа содержание Сг (VI) сохраняется неизменным, а
ТОМ 15
ВОРОПАНОВА Л.А., ГАГИЕВА Ф.А. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
59
а
о о ев
<ц
К Я
<u (г <и
и
СО
S
35 30 25 20 15 10
о о ев
<ц
S Я
<и
(г
<ц
и
СО
S
40 35 30 25 20 15 10
20 40 60 80 100 Время, мин
б
20 40 60 80 Время, мин
100
рН
2,5 3,5
120
рН
2,5 3,5
120
в
о о ев
е и н е
(Г
е
Ч И
М
К
40 35 30 25 20 15 10
20 40 60 80 Время, мин
100
рН
2,5 3,5
120
Рис. 4. Результаты сорбции хрома из водного раствора смеси солей Сг2^04)3 и К2Сг207 при молярном соотношении Сг (VI) : Сг (III) = 2 : 1 в зависимости от величины рН раствора, времени сорбции и обработки сорбента: а - кислая, б - водная, в - щелочная обработки
содержание Сг (III) уменьшается и в течение 30 мин. Сг (III) практически полностью сорбируется. Таким образом, сорбцией на катионите марки КУ-2 можно селективно извлечь из раствора Сг (III), а раствор, содержащий Сг (VI), направить в технологический процесс или на последующее извлечение Сг (VI).
ВЫВОДЫ
1. На катионите марки КУ-2 из сточных вод промышленных предприятий с содержанием 500 мг/дм3 Cr (III) можно извлечь ионы хрома за время не более 30 мин. вблизи рН его гидратообра-зования.
5
0
0
5
0
0
5
0
0
ТОМ 15
2. На катионите марки КУ-2 из смеси солей, содержащих ионы Сг (III) и Сг (VI), можно селек-
тивно извлечь ионы Cr (III) вблизи рН его гидра-тообразования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Химия. - Л., 1977.
2. Милованов А.В. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. Металлургия. - М., 1971.
3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М., 1989, с. 297.
4. Воропанова Л.А. Теория и практика сорбционных процессов извлечения цветных металлов из водных растворов. - Владикавказ: ООО НПКП «Мавр», 2014.
CLEANING OF SEWAGES FROM THE IONS OF CHROME OF LEATHER, ETCHANT AND GALVANIC PRODUCTIONS Voropanova LA.*, Gagieva F.A.**, Gagieva Z.A.***
* Doctor of Technical Sciences, Professor, The North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),Vladicavcaz, Russia (lidia_metall@mail.ru). ** Candidate of Technical Sciences. The North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University), Vladicavcaz, Russia (fatima.gagieva.80@mail.ru). *** Candidate of Technical Sciences. «MMK «Norilsk nickel» Norilsk, Russia (gagievaza@nk.nornik.ru).
Abstract. Extraction of ions of Cr (III) from water solution of salt of Cr2(SO J3 and mixtures of salts of Cr2(SO4)3 and K2Cr2O7 was investigated. It was found that solutions with a total chromium concentration of 500 mg/dm3 possible selective extraction of Cr (III) at pH close to the pH of hydrate formation for no more than 30 min.
Keywords: sewage, sorghum, chrome, water solution, concentration, size of pH, sorbent.
REFERENCES
1. Proskuryakov V.A., Shmidt L.I. Ochistka stochnykh vod v khimicheskoy promyshlennosti. Khimiya. - L., 1977.
2. MilovanovA.V. Ochistka stochnykh vodpredpriyatiy tsvetnoy metallurgii. Metallurgiya. - M., 1971.
3. Lur'ye Yu.Yu. Spravochnik po analiticheskoy khimii. - M., 1989, s. 297.
4. Voropanova L.A. Teoriya i praktika sorbtsionnykh protsessov izvlecheniya tsvetnykh metallov iz vodnykh rastvorov. - Vladikavkaz: OOO NPKP «Mavr», 2014. 1. Proskuryakov V.A., Schmidt L.I. Wastewater treatment in chemical industry. Chemistry. - L., 1977.
2. Milovanov A.V. Wastewater treatment companies non-ferrous metallurgy. Metallurgy. - M., 1971.
3. Lurie Y. Handbook of analytical chemistry. - M. 1989.
4. Voropanova L.A. Theory and practice of sorption processes of extraction of non-ferrous metals from aqueous solutions. - Vladikavkaz: Publishing House «Mavr», 2014.
ТОМ 15
