CC BY
103
УДК 544.726.022.82
Е.А. Тиньгаева
Пермский государственный технический университет
М.В. Зильберман
УралНИИ «Экология» (г. Пермь)
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ МЫШЬЯКА
Предложен и опробован метод получения композиционных сорбентов для извлечения мышьяка из водных сред. Изучено влияние различных факторов на сорбционные и прочностные характеристики синтезированных композиционных материалов.
Для извлечения мышьяка из сточных вод наиболее часто используется метод его осаждения в виде труднорастворимых соединений. В качестве осадителей нашли применение различные реагенты: соли и оксиды щелочно-земельных и переходных металлов, фосфат- и сульфитсодержащие материалы, зола, шлаки и некоторые органические соединения. Хорошие результаты достигаются при осаждении мышьяка известковым молоком в присутствии солей магния или карбоната натрия, а также смесью извести и золы в щелочной среде [1, 2]. Данные методы достаточно экономичны, однако не позволяют достичь степени очистки раствора, соответствующей уровню ПДК (0,05 мг/дм3). Известен способ электрохимической очистки сточных вод производства ар-сенида галлия с содержанием мышьяка 3-80 мг/дм3 при рН 6-7 [3]. Процесс осуществляется в электролизере с растворимым железным анодом. При этом достигается остаточное содержание мышьяка на уровне санитарных норм, однако высокий расход энергии 3,5-10 кВт-ч/ м3 и выделение арсина затрудняют использование данного метода. Применяется и экстракционная очистка сточных вод от мышьяка. В качестве экстрагентов использовались трибутилфосфат, четыреххлористый углерод, высокомолекулярные спирты, кетоны, эфиры [4]. Недостатком экстракционных методов решения данной задачи являются токсичность реагентов, их пожаро- и взрывоопасность.
Одним из основных способов глубокой очистки сточных вод от мышьяка является ионный обмен. В качестве сорбентов применялись
гидроксиды железа, титана, меди, магния, цинка, никеля, гранулированные методом замораживания [5, 6]. Эти сорбенты использованы для очистки от мышьяка модельных растворов и природных вод с его содержанием 6-20 мг/дм3. В нейтральных и слабокислых средах образцы позволяют очистить до 600 колоночных объемов раствора до уровня ПДК, однако их низкая гидромеханическая устойчивость не позволяет их использовать многократно в циклах сорбция-десорбция.
Целью данных исследований являлось повышение эффективности очистки сточных вод от мышьяка за счет применения устойчивого, регенерируемого сорбента. Поставленная задача решается путем использования композиционного органо-минерального сорбента на основе гидроксида железа.
Сорбент был синтезирован распылением в воду органоминеральной суспензии, состоящей из порошка гидроксида железа (III) и раствора перхлорвинила в диметилформамиде.
Исследование сорбционных характеристик гранулированных материалов проводили на модельных растворах арсената натрия с концентрацией 25 мг/дм3. Эксперимент проводился в статическом режиме. В отдельные сосуды помещали навески сорбента массой от 0,1 до 1,0 г, заливали 50 см3 раствора арсената натрия и перемешивали в течение 3 сут. После этого равновесный раствор отделяли от гранулята и анализировали по методике [7].
Процесс поглощения мышьяка адсорбентом можно представить следующим образом:
РеО„(ОИ)з-2« + тЛ80з3" = РеО„(ОИ)з-2«-зт (Л8Оз)т + 3тОН", Ре0„(0Н)з-2й + тЛ8О43" = РеО„(ОН)з-2й-зт (Л$О4)т + 3тОН".
Данные процессы являются анионным обменом. Равновесие сорбции мышьяка при этом существенно зависит от рН раствора, подаваемого на сорбцию.
На рис. 1 представлены изотермы сорбции мышьяка при различных значениях рН. Изотермы имеют два характерных участка - крутой подъем при концентрациях ниже 0,5 мг/дм3 и почти линейный горизонтальный участок в интервале концентраций от 0,5 до 5 мг/дм3. В исследованной области концентраций наблюдаемые емкости сорбента (Е) весьма далеки от максимально возможной емкости материала.
Динамические эксперименты проводились в колонке диаметром 10 мм. Высота слоя сорбента составляла 150 мм, объем загрузки -5 см3. Скорость фильтрации поддерживалась на уровне 15 см3 /ч.
С, мг/ дм3
ДрИ 4,9 1рИ 8,1
Рис. 1. Изотермы сорбции мышьяка на композиционных сорбентах
Десорбция мышьяка из состава сорбента осуществлялась раствором №ОН с концентрацией 40 г/дм3. Было проведено 3 цикла сорбции с использованием растворов арсената натрия различных концентраций. Результаты экспериментов по сорбции представлены на рис. 2.
Выходные кривые сорбции мышьяка в координатах степень очистки - объем очищенного раствора (С0/Сг- - V) зависят от исходной концентрации раствора. В начальных фракциях концентрация мышьяка снижается в 6-10 раз по сравнению с исходной концентрацией.
Д4,8г/дм3 ■ 8,0 г/дм3
Рис. 2. Выходные кривые сорбции мышьяка
Количество раствора, очищенного до 50 % проскока, составляет примерно 400 колоночных объемов, что согласуется с коэффициентами распределения, полученными при исследовании статики сорбции
в данном диапазоне концентраций. С учетом роста коэффициентов распределения с уменьшением концентрации мышьяка в исходном растворе следует ожидать более эффективной очистки при работе с реальными стоками.
Десорбция мышьяка происходила практически полностью после пропускания 20-25 см3 элюирующего раствора. Ухудшения сорбционных характеристик ионообменного материала в результате работы в циклах сорбция-десорбция не обнаружено.
В промышленных условиях испытания на стоках НПО «Элма» проводили в динамическом режиме. 20 дм3 сорбента, содержащего 80 % гидроксида железа и 20 % перхлорвинила, загружали в колонну диаметром 150 мм. Высота слоя сорбента при этом составляла около 2 м. Через колонну пропускали промышленные стоки с концентрацией мышьяка от 0,3 до 2,5 мг/дм3, рН 4. Скорость фильтрации составляла 120-140 дм3/ч. В результате сорбентом было очищено более 2500 колоночных объемов стоков до уровня ПДК. Десорбцию осуществляли раствором гидроксида натрия с концентрацией 40 г/дм3. Переработка 1 м3 стока приводит к образованию не более 17-20 дм3 элюата.
Гидромеханическая устойчивость сорбента, определенная по известной методике [8], составила 80 %, что подтверждает целесообразность его использования в сорбционном цикле.
Сорбционная очистка может быть использована в качестве дополнения к уже имеющейся на предприятии реагентной схеме очистки стоков от мышьяка для повышения ее эффективности.
Список литературы
1. Шрабман Б.И., Юркова В.М., Павлова Е.И. Осаждение мышьяка из фторсодержащих сточных вод // Химическая промышленность. -1974. - № 5. - С. 76.
2. Поляков М.Л. Очистка сточных вод гидрометаллургического завода Хову-Аксы от мышьяка // Цветные металлы. - 1965. - № 19. -С. 32.
3. Кожемякин В. А., Градова И.О., Почтарев А.Н. Электрокоагу-ляционный способ очистки сточных вод от мышьяка и взвешенных частиц // Химия и технология халькогенов и халькогенидов: тез. докл. II Всесоюз. совещ. - Караганда, 1982. - С. 226.
4. Серова В.А., Коган В.П. Способы очистки сточных вод и технологических растворов от мышьяка. - М.: Цветинформация, 1977. -С. 32.
5. Пахолков В.С., Марков В.Ф. Гранулированная гидроокись железа, ее физико-химические свойства и применение для очистки термальных и природных вод от мышьяка // Химия и технология неорганических сорбентов: межвуз. сб. науч.тр. / Перм.политехн. ин-т. -Пермь, 1980. - С. 26-33.
6. Нуриев А.Н., Джаббарова З.А., Гаибов М.Ю. Неорганический сорбент для извлечения мышьяка из природных вод // Химия и технология неорганических сорбентов: межвуз. сб.науч.тр. / Перм. политехн. ин-т. - Пермь, 1980. - С. 34-39.
7. Немодрук А. А. Аналитическая химия мышьяка. - М.: Наука, 1976. - С. 224.
8. Органо-минеральные сорбенты на основе диоксида титана для селективного извлечения лития из растворов / С.А. Онорин [и др.] // Тез. докл. VII Всесоюз. конф. по химии и технологии редких щелочных металлов.- Апатиты, 1988. - С. 101-102.
Получено 6.12.2010
