CC BY
42
УДК 628.543.1; 628.16.081
Фадеев А. Б., Кручинина Н. Е., Зайцева А. Д.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНПИЙ МЕДИ
Фадеев Андрей Борисович - аспирант кафедры промышленной экологии Кручинина Наталия Евгеньевна - д.т.н, проф., заведующая кафедрой промышленной экологии Зайцева Александра Дмитриевна - студент группы Э - 43 кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Наибольший вклад в процессы поступления тяжелых металлов в гидросферу вносят сточные воды гальванического производства. В результате экспериментов были испытаны различные способы очистки сточных вод от процессов нанесения покрытий с использованием комплексных электролитов. Установлено, что наибольшей эффективностью обладают соединения железа (III). Коагулянты на основе соединений титана уступают по своей эффективности коагулянтам на основе соединений железа не более чем на 10 %, при этом эффективная доза титансодержащих коагулянтов в среднем в 5 раз ниже. Доказано, что использование продвинутых окислительных технологий также позволяет эффективно очищать сточную воду от комплексных электролитов. На основании полученных данных предложена двухступенчатая технология очистки сточных вод от процессов с использованием комплексных электролитов. На первом этапе проводят коагуляцию соединениями титана или железа, с последующей доочистки воды до уровня ПДК с использованием окислительных технологий.
Ключевые слова: гальванопокрытия, сточные воды, комплексный электролит
CLEANING OF WASTE WATER FROM COMPLEX COPPER COMPOUNDS
FadeevA. B., Krutchinina N. E., Zaitceva A. D.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
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, various methods of wastewater treatment from coating processes using complex electrolytes were tested. It is established that iron (III) compounds have the highest efficiency. Coagulants based on titanium compounds are less than 10% lower than coagulants based on iron compounds in their effectiveness, while the effective dose of titanium-containing coagulants is on average 5 times lower.It has been proven that the use of advanced oxidation technologies also makes it possible to effectively treat waste water from complex electrolytes. Based on the data obtained, a two-stage technology for wastewater purification from processes using complex electrolytes has been proposed. At the first stage, coagulation with titanium or iron compounds is carried out, with the subsequent purification of water to the level of the MPC using oxidative technologies.
Keywords :electroplating, wastewater, complex electrolite
Любое современное производство стремиться быть экологически чистым. Данная проблема особенно актуальна для гальванического производства, так как именно от участков нанесения гальванопокрытий образуются значительные объёмы сточных вод, загрязненных ионами тяжелых металлов, щелочами и кислотами. Концентрации тяжелых металлов в таких стоках значительно превышает предельно допустимые концентрации (ПДК). Важной задачей при проектировании любого производства стоит вопрос минимизации количества образующихся отходов, а также вопрос организации возврата очищенной воды обратно в технологический процесс. [1]
В настоящее время в процессах нанесения гальванопокрытий широкое распространение получили комплексные электролиты (далее КЭ) меди, хрома, серебра, золота, цинка и других металлов. КЭ имеют ряд технологических преимуществ по сравнению с обычными электролитами, так, например, - из раствора КЭ
возможно получение покрытие с
мелкокристаллической структурой, а сам раствор КЭ обладает высокой рассеивающей способностью, что позволяет получать покрытия с равномерной толщиной даже на деталях сложной формы [2]. Несмотря на указанные преимущества, КЭ присущи определенные недостатки, основным из которых является сложность очистки образующихся сточных вод. Ввиду особенности химического состава, сточные воды производств с использованием КЭ не могут быть очищены традиционными методами. Так, например, нейтрализация осаждение металлов в виде нерастворимых гидроксидов (рН 8,0 - 10,0) будут неэффективны в отношении сточных вод, содержащих КЭ [1]. Именно поэтому разработка новых высокоэффективных схем очистки и регенерации сточных вод, содержащих КЭ -актуальная и перспективная задача.
Основной целью данной работы является разработка технологии очистки сточных вод процессов нанесения покрытий с использованием
КЭ меди. Одним из таких электролитов является комплекс Си-КЫз-тартрат. Примерный состав электролита:
• Тартрат натрия (C4H4O6Na2) - 180 -220 г/л
• CuSO4*5H2O - 40 - 60 г/л
• NH4OH
Принимая во внимание данные о составе, был приготовлен модельный раствор аммиачно -тартратного комплекса меди с содержанием ионов Си2+ - 100 мг/л и pH 10,0.
На первом этапе экспериментов проведена оценка эффективности очистки сточных вод, содержащих КЭ следующими методами:
- Физико-химический метод - обработка модельной системы с использованием реагентов-осадителей (коагулянтов на основе соединений Al, Fe);
- Окислительные методы - основанные на разрушении органической основы комплекса и перевода соединений меди в не растворимые гидроксиды с последующим их осаждением.
Физико-химический метод
Модельную воду обрабатывали водными растворами различных коагулянтов. В качестве исходных образов коагулянтов были взяты [3, 4]:
• сульфат алюминия,
• хлорид железа(Ш)
• сульфат железа (II)
Процесс пробной коагуляции проводили на лабораторном флокуляторе фирмы VELP: время быстрого смешения - 2 минуты, фаза хлопьеобразования - 8 минут, отстаивание в течении 30 минут, фильтрация пробы через мембранный фильтр «Владипор». Данные по остаточному содержанию ионов меди в модельной воде, после обработки различными реагентами представлены в таблице 1.
Таблица № 1.
Эффективность очистки модельной воды с использованием коагулянтов
Из данных таблицы 1 видно, что наибольшая эффективность достигается при использовании соединений железа.
Очень часто для очистки сточных вод гальванических производств используют процесс электрокоагуляции. Основным достоинством данного метода очистки является одновременное протекание процессов анодного растворения электрода, переход коагулянта в раствор и протекание процессов анодного окисления органических соединений выделяющимся кислородом.
Процесс проводился в следующих условиях: сила ток 2,5 А, напряжение 8 В, плотность тока 10 А
2 s
на дц , время 5 минут, после чего воду отстаивали в течение 30 минут, фильтровали и отбирали пробу на анализ. Эффективность очистки в процессе электрокоагуляции составила 99 % (остаточная концентрация ионов меди - 0,19 мг/л).
Окислительные методы.
Для проведения экспериментов отбиралась проба модельной воды объемом 100 мл с концентрацией ионов меди 100 мг/л. В качестве исследуемых реагентов были выбраны [5-7]:
• H2O2 (3%),
• H2O2 (3%) совместно с FeSO4 (5%),
• HClO (70 г/л),
• HClO 70 г/л совместно с H2O2(3%),
• TiO2 (50 мг/л).
Модельный раствор смешивали с выбранным реагентом в течение 5 минут, после чего часть пробы пропускали через УФ-установку (123 нм, 10 мл/мин) и проводили определение остаточной концентрации ионов меди на спектрофотометре DR 2800 (HACH USA). Результаты экспериментов представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Эффективность очистки с использованием окислительных технологий
№ Доза (г/л) Al2(SÜ4)3 FeSÜ4 FeCl3
1 0,080 95,4 89,5 99,5
2 0,016 92,6 85,8 93,0
3 0,032 91,8 85,4 85,6
4 0,048 91,4 79,4 68,9
5 0,064 89,7 68,9 64,4
6 0,080 88,8 64,8 65,5
7 0,096 88,2 63,9 66,5
8 0,112 87,9 59,8 63,8
9 0,128 87,6 55,8 61,2
10 0,144 87,2 48,3 60,1
11 0,160 84,2 43,6 59,1
12 0,176 81,2 38,4 58,9
13 0,200 79,2 36,9 58,0
14 0,224 75,2 35,3 58,3
15 0,240 71,2 34,3 57,9
16 0,256 67,2 34,2 58,1
№ п.п Используемый реагент Остаточная концентрация Cu2+, мг/л Эффективность очистки, %
1. H2O2 96,2 3,8
2. Н202+УФ 96,2 3,8
3. FeSÜ4 + H2O2 9,6 90,4
4. FeSÜ4 + H2O2 + УФ 1,3 98,7
5. HClO 52,6 47,4
6. Н ClO+ H2O2 2,4 97,6
7. TiO2 + УФ 81,1 18,9
8. Озон 1,1 98,9
9. УФ 97,7 2,3
Из данных таблицы видно, что все предложенные окислительные методы позволяют эффективно удалять комплексные соединения меди из модельной воды. Среди исследованных технологий наиболее целесообразно применять 4. процесс Фентона в сочетании с УФ обработкой воды, а также озонирование в щелочной среде.
Из полученных в результате эксперимента 5. данных можно сделать вывод, что наиболее целесообразно проводить двухступенчатую очистку воды с использованием на первом этапе очистки физико-химических методов
(коагуляция/электрокоагуляция), с последующей доочисткой методами окислительной деструкции. В качестве коагулянтов наиболее целесообразно использовать соединений железа, ввиду их низкой стоимости и высокой эффективности, а для процесса 6 доочистки наиболее предпочтительно озонирование.
Список использованной литературы
1. Виноградов С.С. «Экологически безопасное у гальваническое производство» Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева.- Изд. 2-е, перераб. и доп.; "Глобус". М., 2002. - 352 с.
2. Пурин Б.А, Цера В.А., Озола Э.А., Витиня И.А «Комплексные электролиты в гальванотехнике» - Рига: Лиесма, 1978. - 267 с.
3. 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.
Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с. Ana Gabriela Alcalá-Delgado, Violeta Lugo-Lugo, Ivonne Linares-Hernández, Verónica Martínez-Miranda, Rosa María Fuentes-Rivas, Fernando Ureña-Nuñez, Industrial wastewater treated by galvanic, galvanic Fenton, and hydrogen peroxide systems Journal of Water Process Engineering, 22(Water Res. 46 2012), 1-12, 2018 https://doi.org/10.1016/jjwpe.2018.01.001
P.V. Nidheesh, R. Gandhimathi, Trends in electro-Fenton process for water and wastewater treatment: an overview, Desalination 299 (2012) 1-15, http://dx.doi.org/10.1016/j.desal.2012.05.011.
A.R.A. Aziz, P. Asaithambi, W.M.A.B.W. Daud, Combination of electrocoagulation with advanced oxidation processes for the treatment of distillery industrial effluent, Process Saf. Environ. Prot. 99 (2016) 227-235,
http://dx.doi.org/10.1016/j.psep.2015.11.010.
