CC BY
8Человек и среда его обитания
О.М. Зверев
Очистка сточных вод волокнистыми ионитами
В работе показана возможность использования для тонкой очистки сточных вод от ионов токсичных металлов фильтра с наполнителем из волокнистого хемосорб-ционного материала ВИОН КН-1. Установлено, что применение этого хемосорбента позволяет уменьшить содержание катионов меди, железа, никеля, свинца до предельно допустимых концентраций.
Ключевые слова: сорбционная технология; волокнистые хемосорбенты; фильтр тонкой очистки; сточные воды; тяжелые металлы.
Воздействие факторов антропогенного и техногенного загрязнения окружающей среды — одна из причин ухудшения состояния здоровья населения. Именно поэтому повышение качества воздушной и водной сред весьма актуально.
Созданы и выпускаются в промышленном масштабе необходимые для улучшения среды обитания материалы, совершенствуются и разрабатываются новые альтернативные технологии как очистки сточных вод и газовоздушных сред, так и получения новых видов материалов [2-4]. Для очистки сточных вод от вредных примесей уже много десятилетий используют сорбционную технологию, и особенно расширилось использование сорбентов после освоения промышленного производства синтетических ионообменных материалов зернистого строения.
Ухудшение экологической обстановки стимулирует исследования по применению хемосорбционных волокнистых материалов, превышающих по уровню эксплуатационных характеристик известные материалы. Волокнистые хемосорбенты, уступая зернистым по величине сорбционной емкости (при сопоставимых условиях), имеют ряд существенных преимуществ [1]:
- при использовании хемосорбционных волокон или нетканого материала, основой которого они являются, скорость сорбции компонентов из водных и газовоздушных сред в несколько раз превышает скорость аналогичных процессов на зернистых ионитах;
- регенерация волокнистых ионитов происходит при более низких концентрациях реагента, и в 2-3 раза быстрее;
- время достижения сорбционного равновесия на волокнистых хемосор-бентах значительно меньше, что особенно важно при их применении в промышленных и бытовых условиях;
- волокнистые хемосорбенты ВИОН можно перерабатывать в нетканые полотна, иглопрошивные и иглопробивные материалы и ткани;
- хемосорбционные волокнистые материалы сохраняют физико-механические свойства в циклах сорбция - десорбция; они устойчивы к действию кислот и щелочей.
Волокнистые материалы ВИОН различных марок прошли испытания в качестве сорбентов тяжелых металлов из сточных вод одного из предприятий. На этом заводе образуются сточные воды трех видов: ливневые сточные воды; кислотные сточные воды, содержащие цветные и тяжелые металлы; сточные воды, образующиеся в результате смыва с деталей и полов производственных помещений.
Образующиеся стоки отдельно поступают на очистные сооружения (для каждого вида стока — своя технология очистки). Однако существующие на заводе технологии не способны в полной мере осуществить очистку воды до нормативных показателей. В связи с этим была поставлена задача: определить возможность доочистки стоков завода ионообменными волокнистыми материалами типа ВИОН.
Для очистки поверхностного стока используется метод нейтрализации, позволяющий при контролируемой дозировке (рН = 8 - 8,5) произвести осаждение металлов до уровня 0,1 мг/дм3. В отстойниках идет осветление сточной воды, содержащей взвеси свинцовой пасты. Фильтрация осуществляется на блоке фильтров с плавающей загрузкой (ФПЗ), являющемся составной частью системы.
Для более глубокого снижения содержания ионов меди (II), никеля (II), свинца (II) и железа (II) в очищаемом потоке до безопасного уровня было предложено использовать фильтр тонкой очистки с наполнителем из волокнистого хемосорбента ВИОН, который работает в области малых концентраций ионов токсичных металлов. Технологическая схема очистки сбросных вод представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Технологическая схема очистки сточных вод
Система позволяет произвести очистку сточных вод до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения в результате применения, в частности, следующих технологических процессов: нейтрализация; осветление в отстойниках; фильтрация; а также хемосорбция на волокне ВИОН. Динамика изменения содержания нежелательных примесей в сточных водах завода по ступеням очистки представлена в таблице 1.
Таблица 1
Изменение степени загрязнения сточной воды по ступеням очистки
Показатель Концентрация загрязнений не более, мг/дм3
Исходная вода После нейтрализации После ФПЗ После сорбера После сорбера ВИОН
Взвешенные вещества 2000 500-1000 10 5 3
Нефтепродукты 70 70 3 0,05 0,05
Металлы (суммарно) 10 10 5 1 0,05
Исследовалась возможность применения сорбционных волокон ВИОН с различными функциональными группами для тонкой очистки сточной воды. Результаты серии экспериментов по очистке вод от ионов токсичных металлов волокнистыми хемосорбентами ВИОН представлены в таблице 2.
Таблица 2
Показатели доочистки промстоков от ионов тяжелых металлов хемосорбентами ВИОН различных марок
п £ «в и Содержание цветных металлов
и Б « о т Очищенный сток
NN % * ы, к г Время сорбции
ч % я я 5 тц са £ ? он ЦД <и Я н о а я и * 5 мин 60 мин 120 мин
л а т е 5 я ци аа нр йт <и л я ч ии ж 1 ^ КН-1 АН-3 АН-5 КН-1 АН-3 АН-5 КН-1 АН-3 АН-5
§ ч
Медь 0,01 0,28 0,088 0,05 0,075 0,0093 0,053 0,063 0,011 0,049 0,069
Никель 0,01 3,2 0,54 0,0044 0,05 0,077 0,0065 0,065 0,075 0,0082 0,062 0,092
Свинец 0,005 14,6 0,0042 0,05 0,05 0,0056 0,076 0,056 0,0054 0,068 0,078
Железо 0,03 2,9 0,0092 0,018 0,029 0,0096 0,016 0,026 0,012 0,02 0,019
Из таблицы 2 следует, что наибольшую эффективность улавливания ионов тяжелых металлов показал хемосорбционный катионообменный волокнистый материал ВИОН КН-1. Невысокая сорбционная активность хемо-сорбентов ВИОН АН-3 и ВИОН АН-5 обусловлена, по-видимому, тем, что подверженные извлечению ионы находятся преимущественно в гидратиро-
ванной, а не в комплексной форме, так как сорбция ионов металлов зависит от состояния ионов металлов в растворе.
Определение содержания ионов меди, никеля, железа и свинца в исходных и обработанных растворах осуществляли параллельными измерениями в лаборатории завода по принятым на предприятии методикам и в лаборатории ООО «ВИОН» методом масс-спектрометрии. Погрешность определения составляла 5 %.
Волокнистый карбоксилсодержащий хемосорбент ВИОН использовался в качестве наполнителя фильтра для финишной очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов в виде иглопробивного нетканого полотна, выпуск которого реализован в опытно-промышленном масштабе.
Характеристики нетканого материала по ТУ 6-06-31-848-98:
- Масса 1 м2 0,8 кг;
- Прочность при разрыве 50 • 100 мм, Н, длина 0,4,
ширина 0,5;
- Удлинение, %, длина 90,0, ширина 82,0.
Показатели фильтра тонкой очистки представлены в таблице 3.
Таблица 3
Технические характеристики фильтра ВИОН
Марка Производительность, м3/ч Габариты L х B х ^ мм Установленная мощность, кВт
ВИОН 5 5 1000 х 1000 х 2000 1,5
ВИОН 10 10 1500 х 1500 х 2000 3
Фильтры с ионообменным волокнистым наполнителем ВИОН являются прогрессивным оборудованием для очистки сточных вод за счет значительного увеличения срока службы хемосорбционного материала и возможности его многократной регенерации. Регенерацию материала ВИОН КН-1можно осуществлять 3-5-процентным раствором серной или соляной кислот, а также 3-5-процентным раствором Ш2С03.
Таким образом, сорбционная технология очистки промышленных стоков волокнистыми хемосорбентами ВИОН обеспечивает извлечение растворимых соединений меди, железа, никеля и свинца до уровней предельно допустимых концентраций. Предложенная в ходе испытаний схема, включающая использование в качестве сорбентов волокнистых материалов ВИОН для тонкой очистки промышленных стоков, весьма перспективна и может применяться в промышленных установках.
Литература
1. Зверев М.П. Хемосорбционные волокна. М.: Химия, 1981. 157 с.
2. Кардаш М.М., Артеменко С.Е., Федорченко А.А., Тараскина О.Е. Эффективность применения ионообменных волокнистых материалов для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ // Химические волокна. 1995. № 4. С. 48-50.
3. Каrdash M.M., Artemenko S.E., Ustinova T.P. Purification of carpolactam-containting wastewaters with ion-exchange fibre materials based on polypropylene fibres // Fibre Chemistry. 1998. Vol. 30. № 4. P. 273-275.
4. Каrdash M.M., Fedorchenko A.A., Fedorchenko N.B. Problems of wastewater treatment and methods of solving them // Fibre Chemistry. 2003. Vol. 35. № 1. P. 79-82.
Literatura
1. ZverevM.P. Xemosorbcionny'e volokna. M.: Ximiya, 1981. 157 s.
2. Kardash M.M., Artemenko S.E., Fedorchenko A.A., Taraskina O.E. E'ffektivnost' primeneniya ionoobmenny'x voloknisty'x materialov dlya ochistki stochny'x vod ot poverxnostno-aktivny'x veshhestv // Ximicheskie volokna. 1995. № 4. S. 48-50.
3. Каrdash M.M., Artemenko S.E., Ustinova T.P. Purification of carpolactam-containting wastewaters with ion-exchange fibre materials based on polypropylene fibres // Fibre Chemistry. 1998. Vol. 30. № 4. P. 273-275.
4. Каrdash M.M., Fedorchenko A.A., Fedorchenko N.B. Problems of wastewater treatment and methods of solving them // Fibre Chemistry. 2003. Vol. 35. № 1. P. 79-82.
O.M. Zverev
Sewage Treatment by Fibrous Ionites
The article shows the possibility of using filters with fillers from fibrous chemisorp-tion material VION KN-1 for fine purification of sewage from ions of toxic metals. The author establishes, that the use of this chemisorbent enables to reduce the content of cations of copper, iron, nickel, lead up to maximum permissible concentration.
Keywords: sorption technology; fibrous chemisorbents; filters for fine purification; sewage; heavy metals.
