CC BY
6
УДК 628.31 Нишукова М.А.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ХРОМА (VI) ЖЕЛЕЗНОЙ ОКАЛИНОЙ
Нишукова Мария Александровна студент группы Э-23 кафедры промышленной экологии
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул.
Героев Панфиловцев, д. 20
Очистка сточных вод гальванического производства от ионов тяжелых металлов, в частности от ионов Cr(VI), остается актуальной задачей. Реагентная очистка воды от хрома (VI) происходит в два этапа: восстановление до Cr(III) и последующее осаждение гидроксида хрома. В рамках данного исследования в качестве восстановителя применялась металлургическая окалина. Произведена оценка использования железной окалины при оптимальном количестве H2SO4, эффективность достигает 99%. Ключевые слова: ионы Cr(VI), железная окалина, очистка, восстановление
WASTEWATER TREATMENT FROM CHROMIUM (VI) IONS WITH IRON SCALE
Nishukova M. A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Treatment of wastewater from galvanic production from heavy metal ions, in particular from Cr(VI) ions, remains an urgent task. Reagent purification of water from chromium (VI) occurs in two stages: reduction to Cr(III) and subsequent precipitation of chromium hydroxide. Within the framework of this study, metallurgical scale was used as a reducing agent. The use of iron scale with an optimized amount of H2SO4 has been evaluated, the efficiency reaches 99%.
Keywords: Cr(VI) ions, iron scale, purification, recovery
Введение
Гальваническое производство является одним из самых опасных производств из-за образования большого количества сточных вод с высоким содержанием тяжелых металлов. В сточные воды гальванического производства могут попасть органические вещества, ионы тяжелых металлов (&6+, ^2+, №2+, Cd2+ и другие), анионы ^42", PO4^
а-) [1-6].
Соединения хрома (VI) оказывают на природу и людей негативное воздействие. Соединения & (VI) применяются при нанесении хромовых покрытий, электрохимической обработке и т.д. Очистка сточных вод от хрома производится различными методами, но самый распространенный - реагентный. Очистка этим методом происходит в два этапа:
1. Восстановление & (VI) до & (III)
2. Осаждение Сг(ОН)3 при pH 9,0-10,0
В качестве восстановителей используются натриевые соли сернистой кислоты (Na2SOз, NaHSOз, Na2S2Oз), SO2, H2S, а также соединения железа (II). Недостатками данных реагентов являются засоление сточных вод, расход кислоты для подкисления, большое количество образующегося шлама (при применении соединений железа). Необходимость организации
двухступенчатой очистки воды от соединений хрома обусловлена его химическими свойствами, так хром (VI) хорошо растворим в широком диапазоне рН и не может быть выделен из воды в процессе осаждения.
Применение метод электродиализа, обратного осмоса, биоочистки несмотря на относительно высокую эффективность не нашли широкого распространения, в первую очередь, из-за сложной
аппаратурной схемы наличия большого количества примесей [1, 7-9]
В рамках проводимого исследования было предложено использовать в качестве восстановителя железную окалину процессов термообработки и ковки деталей, отобранную в кузнечнопрессовом цеху машиностроительного предприятия
Московской области.
Окалина - продукт высокотемпературного окисления стали. На металлургических предприятиях образуется большое количество окалины, которая сбрасывается в шламонакопители, так как не находит дальнейшего применения. По данным исследований, окалина может содержать до 80% FeO, а значит может применяться в качестве восстановителя соединений Сг (VI) [10].
Экспериментальная часть
Ключевой задачей данного исследования является оценка эффективности железной окалины в процессах очистки модельной воды от ионов Сг(У1).
Исследование химического состава окалины проводили методом рентгенофлуоресцентного (сканирующий электронный микроскоп
JEOL1610LV с энергодисперсионным
спектрометром SSD Х-Мах^саЕпе^у) и рентгенофазового анализа (ДРОН-3М).
Для проведения экспериментов были приготовлены модельные сточные воды с концентрациями Сг(У1) 20 мг/л и 50 мг/л. К отобранным пробам модельной воды добавлялись одинаковые навески железной окалины (РеЮ4). Железная окалина - смесь оксида железа (II) и оксида железа (III). Оксид железа (II) ^еО) вступает в
реакцию с Сг(У1), восстанавливая его до Сг(Ш). Для увеличения скорости реакции восстановления добавляют концентрированную серную кислоту: К2&2О7 + 6 FeO + 13 H2SO4 = 0-2^4)3 +
+3 Fe2(SO4)з + ^04 +13 Н2О (1)
Для дальнейшего осаждения гидроксида хрома (III) проводили корректировку рН раствором гидроксида натрия до рН 9,0-10,0. Содержание хрома определяли фотометрическим методом с 1,5-дифенилкарбазидом.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе экспериментов был исследован состав окалины. Данные по фазовому составу образца представлены на дифрактограмме рис. 1.
1 100 1000 900
■а
8 зоо
m
з:
700
Ol 1—
S 600
500 400
£ | |
~ <Э О оГ
? т
J- £ % %
% 5
?
t АД
Исходя из экспериментальных данных (рис. 1) оптимальная доза H2S04 составляет 0,3 мл. Максимальная эффективность очистки составила 98,78%, а остаточная концентрация хрома составила 0,245 мг/л.
Эффективность добавляемых доз H2S04 к модельной воде с содержанием ионов Сг(У^) 50 мг/л представлена на графике рис. 2.
Угол, град
Рис. 1. Фазовый состав окалины
Рис. 2. Влияние добавки серной кислоты на эффективность очистки модельной воды (50 мг/л)
Из графика (рис. 2) видно, что наибольшая эффективность 99,02% достигается при дозах 0,5 мл и 0,75 мл, при этом остаточная концентрация соединений хрома (VI) составляет в среднем 0,5 мг/л.
Из данных дифрактограммы рис. 1 хорошо видно, что по своей структуре окалина представляет из себя смесь оксидов железа (II) и (III). Сопоставляя данные по фазовому и «мокрому» анализу образцов окалины было отмечено, что валовое содержание железа не соответствует формуле Fe3Ö4, что в первую очередь свидетельствует о наличие в структуре окалины металлического железа что позволит дополнительно повысить эффективность восстановления соединений хрома.
Эффективность очистки модельной воды ионов Cr(VI) (начальная концентрация - 20 мг/л) в зависимости от объема серной кислоты, вводимой по реакции 1 представлена на графике рис.1
Рис. 1. Влияние добавки серной кислоты на эффективность очистки модельной воды (20 мг/л)
Заключение
На основании полученных данных можно сделать вывод о высокой эффективности железной окалины в качестве восстановителя для очистки сточных вод от соединений хрома (VI). Установлены эффективные дозировки H2S04 необходимые для восстановления ионов Сг(У!) в модельной воде с содержанием 20 мг/л (98,78%) и с содержанием 50 мг/л (99,02%). Остаточные концентрации хрома (VI) не соответствуют требованиям ПДК, а значит необходимо увеличить время контакта окалина/сточная вода, либо использовать процессы доочистки. На основании данных исследований был сделан вывод о высокой перспективности применения данного крупнотоннажного отхода в процессах очистки сточных вод гальванического производства.
Научный руководитель к.т.н., доц. каф. промышленной экологии Кузин Евгений
Николаевич
Список литературы
1. Виноградов С. С.. «Экологически безопасное гальваническое производство» - Изд. 2-е, перераб. и доп.; "Глобус". М., 2002. - 352 с.
2. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Носова Т. И. Очистка сточных вод электрохимических производств//Цветные металлы 2021. №. 10. С. 50-54
3. Кузин Е. Н., Фадеев А. Б., Кручинина Н. Е., Носова Т. И., Мискичекова З. К., Зайцева А, Д. Очистка
кислотно-щелочных сточных вод гальванического производства с использованием инновационных реагентов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2020. Т. 28, № 3. С. 37-44.
4. Kuzin E. N., Chernyshev P. I., Vizen N. S., Krutchinina N. E., 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
5. Кузин Е. Н. Очистка сточных вод гальванического производства комплексными коагулянтами // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXXIII, № 5 (215). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2019. - С. 31-33
6. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Комплексные коагулянты очистки сточных вод гальванического производства // Гальванотехника и обработка поверхности. 2019. Т. 27, № 4. С. 43-49.
7. Кузин Е.Н., Аверина Ю. М., Курбатов А. Ю, Сахаров П. А, Очистка сточных вод гальванического
производства с использованием комплексных коагулянтов-восстановителей // Цветные металлы. .2019. № 10. С. 91-96.
8. VemulaMadhavi, Ambavaram Vijay Bhaskar Reddy, KalluruGangadhara Reddy, GajulapalleMadhavi et.al. An overview on research trends in remediation of chromium // Research Journal of Recent Sciences. -2013. -Vol.2 (1). -Р. 71-83.
9. Pugazhenthi G., Sachan S., Kishore N. and Kumar A. Separation of chromium (VI) using modified ultrafiltration charged carbon membrane and its mathematical modeling // Journal of Membrane Science. -2005. -Vol. 254 (1-2). -Р. 229-239.
10. Добровольский И.П., Старикова Н.В., Волкова М.В., Рымарев П.Н., Перспективные технологии переработки металлургической окалины// Вестник Челябинского государственного университета, 2007.
