CC BY
9'Промышленная экология
УДК 628.345.1
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ МЕДИ МЕТОДОМ РЕАГЕНТНОГО ОСАЖДЕНИЯ
WASTEWATER TREATMENT FROM COPPER BY REAGENT DEPOSITION
DOI: 10.24412/CL-35807-2024-1-21-23
Акимов И. И., инженер-технолог ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор», г. Лесной
Хохлова Е. Ф., инженер-технолог 3 категории ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор», г. Лесной
Akimov I. I., engineer-technologist of FSUE «Combine «Electrochempribor», Lesnoy Khokhlova E. F., engineer-technologist of the 3rd category of FSUE « Combine «Electrochempribor», Lesnoy
Аннотация. В данной работе рассматривается способ переработки медно-аммиачных растворов с помощью сульфида натрия с целью очистки сточных вод от повышенного содержания меди. Также представлен сравнительный анализ методов очистки сточных вод от ионов меди и выбран наиболее доступный и подходящий метод переработки медно-аммиачных растворов.
Технология переработки устойчивого медно-аммиачного комплекса с помощью сульфида натрия позволяет перерабатывать большое количество раствора за одну операцию, а также снижать содержание меди с 26 г/л до 0,01 мг/л. Данная технология может использоваться во всех областях химической промышленности, где в ходе технологического процесса образуются сточные воды с повышенным содержанием тяжелых металлов.
Annotation. In this paper, we consider a method for processing copper-ammonia solutions using sodium sulfide in order to purify wastewater from high copper content. Also, a comparative analysis of wastewater treatment methods from copper ions is presented and the most affordable and suitable method for processing copper-ammonia solutions is selected.
The technology of processing a stable copper-ammonia complex using sodium sulfide allows processing a large amount of solution in one operation, as well as reducing the copper content from 26 g/l to 0.01 mg/l. This technology can be used in all areas of the chemical industry, where wastewater with a high content of heavy metals is formed during the technological process.
Ключевые слова: сточные воды, медно-амми-ачный раствор, сульфид натрия, полиакриламид, тяжелые металлы.
Keywords: wastewater, copper-ammonia solution, sodium sulfide, polyacrylamide, heavy metals.
Введение
На предприятии в ходе основного технологического процесса образуются медно-аммиачные растворы второго класса опасности с содержанием меди от 24 до 30 г/л. Их объем в год достигает 16 000 л, что недопустимо для хранения на территории опасного производственного объекта. На производстве действует технология переработки, которая не позволяет своевременно перерабатывать накопленные растворы и при этом достигать предельно допустимого значения содержания ионов меди в стоках предприятия.
Возникает потребность изменения технологического процесса переработки медно-аммиачных растворов с целью достижения допустимого нормативного содержания ионов меди в сточных водах, сокращения количества вещества II класса опасности на химически опасном производственном объекте, а также повышения технологичности способа за счет получения кондиционного и легко отделяемого осадка.
Существующая технология переработки
медно-аммиачных растворов с помощью едкого натра
На предприятии, в данный момент, применяется технология переработки медно-аммиачных растворов с использованием едкого натра. Этот процесс построен следующим образом.
Медно-аммиачный раствор объемом 20 л разбавляют водой до объема 100 л, смешивают с концентрированной соляной кислотой до рН от 1,0 до 2,0 с целью разрушения медно-аммиачного комплекса:
г+
[Cu(NH3)4]2+ ^ Cu2+ + 4NH
2+
4 •
(1)
Затем в раствор добавляют сухой едкий натр до рН = 8,0. Нагревают до температуры от 70 до 90 °С, при этом образуется осадок — гидроксид меди (II) по реакции:
Си2+ + 2КаОИ ^ Си(ОИ)24- + 2Ка+. (2)
Осадок отфильтровывают, сушат и сдают как медьсодержащие шламы.
Затем фильтрат возвращают в бак для доосаж-дения ионов меди с помощью щавелевой кислоты.
Си2+ + И2С2О4 ^ Си(С2О4)4- + 2И+. (3)
Осадок оксалата меди сушат и сдают как медьсодержащие шламы. Фильтрат с концентрацией меди от 0,21 до 0,25 г/л вновь возвращают в бак и нейтрализуют раствор с помощью едкого натра до рН = 7,0. Нейтрализованный раствор с разбавлением в 100—150 раз сливают в промышлен-но-ливневую канализацию.
Недостатками существующей технологии являются:
— трудозатратность процесса;
— малый объем перерабатываемого раствора;
— большой расход воды на всех стадиях процесса;
— превышение ПДК меди в водах рыбохо-зяйственного назначения в 28 раз.
Методы очистки сточных вод от ионов меди
Существуют несколько доступных технологий очистки сточных вод. Эти технологии классифицируются исходя из своего физико-химического воздействия на ионы металлов, в нашем случае — ионов меди. Классификация методов очистки
сточных вод от ионов меди приведена в таблице 1 [1, с. 21—23].
Реагентный метод получил самое широкое распространение в промышленности как наиболее универсальный, простой в эксплуатации и дешевый. Также данный метод является наиболее подходящим для производственных растворов с высокой концентрацией меди (до 30 г/л). Основан на связывании катионов меди (II) в малорастворимые соединения.
В настоящее время для очистки сточных вод от ионов металлов предлагают использовать химические осадители. Данный класс реагентов представляет собой соединения с привитыми комп-лексообразующими группами, которые образуют с растворенными в воде ионами металлов прочные связи. В качестве осадителя меди предлагают использовать натриевую соль меркапто-З-триазина, диметилдитиокарбамат натрия и по-литиокарбамат натрия. Однако показано, что ни один из данных реагентов не позволяет достичь допустимых концентраций ионов меди (II) для сброса в городскую канализацию [2, с. 104].
В качестве осадителей используют щелочи (гашеная известь или едкий натр), карбонаты (поташ или сода), сульфид натрия, ортофосфат натрия.
В ходе литературного обзора рассмотрена сравнительная характеристика произведений растворимости наиболее доступных соединений меди (табл. 2).
Сравнительный анализ эффективности реа-гентных методов очистки сточных вод показывает, что наименьшую остаточную концентрацию меди в растворе дает сульфидный способ переработки. Этот метод позволяет достичь допустимое содержание ионов меди (II) для воды, сбрасыва-
Таблица 1
Классификация методов очистки сточных вод от ионов меди
Наименование технологии очистки Метод очистки Наименование технологии очистки Метод очистки
Химическое осаждение Гидроксиды Флотация Флотация растворенным воздухом
Сульфиды Ионная флотация
Комплексообразование Осадительная флотация
Ионный обмен Электрохимическая Электроосаждение
Мембранная фильтрация Ультрафильтрация Электрокоагуляция
Нанофильтрация Электрофлотация
Обратный осмос Коагуляция/флокуляция
Электродиализ Адсорбция Минеральные сорбенты
Адсорбция Углеродные нанотрубки Биосорбенты
Активированный уголь Синтетические сорбенты
Таблица 2
Произведение растворимости соединений меди
Наименование соединения Произведение растворимости, моль/л Наименование соединения Произведение растворимости, моль/л
Гидроксид меди Си(ОИ)2 Гидрокарбонат меди (СиОИ^СО3 5,6-10-20 1,7 • 10-34 Фосфат меди Си3(РО4)2 Сульфид меди СиЯ 1,0-10-37 8,5-10-45
емой в городскую канализацию. Вместе с тем использование сульфида натрия для осаждения ионов меди имеет свои отрицательные стороны. Например, операция отстаивания сульфида меди — очень длительная операция, осадок аморфный, склонен к пептизации, быстрого, полного и надежного осаждения достичь трудно из-за образования устойчивых коллоидных систем в равно -весии с твердой фазой сульфида.
Технология переработки медно-аммиачных растворов с помощью сульфида натрия
На основании рассмотренной сравнительной характеристики был выбран способ реагентного осаждения меди в растворах в виде сульфида и разработана технология переработки устойчивого медно-аммиачного комплекса и снижения концентрации меди с 26 г/л до 0,01—0,30 мг/л.
Внедряемая технология состоит из нескольких стадий: к 120 л медно-аммиачного раствора добавляют концентрированную соляную кислоту до рН = 4 для полного или частичного разрушения медно-аммиачного комплекса [3, с. 780]:
[Си(КИ3)4]2+ ^ Си2+ + 4КИ+ . (4)
В кислый раствор добавляют сульфид натрия до рН = 7. При этом протекает реакция образования сульфида меди:
Си2+ + Ка2Я ^ СиЯ4- + 2№+. (5)
Отстаивание сульфида меди — очень длительная операция, осадок аморфный, склонен к пеп-тизации, быстрого, полного и надежного осаждения достичь трудно из-за образования устойчивых коллоидных систем в равновесии с твердой фазой сульфида. Поэтому для быстрого осаждения частиц осадка предлагается использовать химический осадитель — катионный флокулянт на основе полиакриламида и его сополимеров торговой марки «ПРАЕСТОЛ» с концентрацией 0,3 %. Катионный флокулянт необходимо добавлять к раствору с осадком в соотношении 1:100.
Образующиеся осадок сульфида меди фильтруют, сушат и сдают как медьсодержащие шламы. Фильтрат с содержанием меди от 0,01 до 0,30 мг/л сливают с разбавлением в 2 раза в промышленно-ливневую канализацию.
Переработка медно-аммиачных растворов по внедряемой технологии позволяет снижать концентрацию ионов меди в конечном растворе в 25 000 раз, уменьшать в 75 раз расход воды на разбавление конечного раствора для достижения нормативного содержания концентрации ионов меди, быстро перерабатывать большой объем отходов II класса опасности, а также не допускать загрязнение сточных вод ионами меди.
Предложенное техническое решение может использоваться во всех отраслях промышленности, где в качестве отходов образуются растворы, содержащие ионы тяжелых металлов.
Список литературы
1. Красногорская Н. Н. Анализ эффективности реагентных методов удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод / Н. Н. Красногорская, С. В. Пестриков, Э. Ф. Легуше, Е. Н. Сапожникова // Безопасность жизнедеятельности. — 2004. — № 3. — С. 21—23.
2. Митракова Т. Н. Применение материалов естественного происхождения для сорбционной очистки сточных вод от ионов меди (II) // дисс. канд. техн. наук. — К.: Курский Государственный Университет, 2017. — 104 с.
3. Осипова Ю. А., Калаева С. З., Маркелова Н. Л., Макаров В. М. Влияние величины рН при обработке использованного медно-аммиачного комплекса на направления утилизации полученных продуктов, Ярославль: сб. материалов конф. В 3 ч. Ч. 1. — Ярославль: Издат. Дом ЯГТУ, 2018, с. 779—781.
