CC BY
12УДК 628.16.065
Очистка термальной воды тарнаирского месторождения от фенола
электрокоагуляцией Ф.Г. Гасанова, Д.Б. Магомедова, З.М. Алиев
Дагестанский государственный университет
Термальные воды используются в Дагестане для горячего водоснабжения коммунальных, сельскохозяйственных, промышленных предприятий. Содержание фенолов в этих водах значительно превышает ПДК, из-за чего возникают трудности, связанные со сбросом отработанных вод в водоемы.
В настоящее время для удаления фенола из сточных и природных вод используются методы экстракции, адсорбции, электрохимические методы, химическое и радиационное окисление, биологическая очистка [1-4].
Электрохимические методы являются наиболее перспективными для использования при очистке природных и сточных вод от органических примесей различного состава, при этом, как правило, не увеличивается солевой состав очищенной воды, нередко исключается образование осадков или значительно уменьшается их количество. Кроме того, установки по реализации указанных методов высокопроизводительны, достаточно компактны, процессы управления и эксплуатации сравнительно просто автоматизируются [5].
В статье приведены данные, показывающие возможность применения электрокоагуляционного метода для обезвреживания термальных вод, содержащих фенол, и влияния давления кислорода на указанный процесс.
Исследования проводили в электролизере с использованием растворимых алюминиевых анодов при плотности тока 5 мА/см в термальной воде. Состав термальной воды приведен в таблице 1.
Таблица 1. Физико-химические характеристики минерализованной воды
Тарнаирского месторождения
рН 7,8
Минерализация, г/л 24,0
Хлориды, г/л 14,8
Сульфаты, мг/л 170
Ca2+, мг/л 90
Mg , мг/л 52
Железо общ., мг/л 1,3
Аммоний, мг/л 7,2
Гидрокарбонаты, мг/л 16,74
Фенолы, мг/л 12,4
В ходе электролиза периодически анализировали пробы на содержание фенола. Концентрацию фенола определяли фотоколориметрическим методом, основанным на образовании комплекса фенола с 4-амино-антипирином, и рассчитывали степень очистки термальной воды от фенола в процентах. Зависимость убыли концентрации фенола от времени проведения электролиза представлена в таблице 2.
Таблица 2. Снижение концентрации фенола в термальной воде во времени
3 2
при электрокоагуляции ^ = 5-10- Л/см , Vв = 1 л)
Время электролиза, мин Сфенола, мг/л Степень очистки, %
0 12,4 —
10 9,8 20,9
20 6,4 48,4
30 4,3 65,3
40 2,7 78,2
50 1,5 87,9
60 0,7 94,4
Как видно из таблицы, с уменьшением концентрации фенола в растворе эффективность коагуляционного процесса снижается. В растворе протекают следующие реакции:
на катоде идет выделение водорода: 2Н2О + 2 ё ^ Н2 + 2ОН-на аноде окисление алюминия: А1 ° - 3 ё ^ Л13+
В межэлектродном пространстве образуется гидроксид алюминия:
Л13+ + 3ОН-^ Л1(ОН)з| Фенол удаляется из воды при электрокоагуляции в основном за счет адсорбции на гидроксиде алюминия.
Изучение влияния давления кислорода на электрокоагуляционную очистку фенолсодержащих вод проводилось в автоклаве под давлением кислорода 0,5 и 1,0 МПа с теми же электродами и при той же плотности тока, что и без давления. Давление создавалось подачей кислорода из баллона высокого давления. Зависимость степени очистки фенолсодержащих вод от времени и давления представлена в таблице 3.
Таблица 3. Снижение концентрации фенола во времени при
3 2
_электрокоагуляции ( i = 5-10- Л/см , Ув = 1 л, Сф = 12,4 мг/л)_
Р , МПа
0,5
1,0
Время электролиза, мин. Сф, мг/л Степень очистки, % Сф, мг/л Степень очистки, %
10 8,2 25,8 8,0 27,4
20 5,3 51,2 4,6 54,8
30 2,5 71,8 1,8 77,4
40 0,8 93,5 0,1 99,2
Из данных таблиц 2, 3 видно, что при электрокоагуляционной очистке термальных вод степень очистки при одном и том же времени электролиза возрастает от 78,2 % до 99,2 %.
Очистка вод от фенола протекает за счет его адсорбции на образовавшемся в объеме раствора гидрооксиде алюминия, окисления кислородом и пероксидными частицами, образующимися на катоде при электролизе за счет восстановления кислорода, например по реакции:
О2 + Н2О + 2ё ^ Н2О2 + ОН-Поэтому снижение концентрации фенола происходит также за счет его окисления пероксидом водорода.
С6Н5ОН + 8Н2О2 ^ С4Н4О4 + 2СО2 + 9Н2О Для сравнения возможностей использования электрокоагуляционного метода очистки термальных вод от фенола при атмосферном давлении и под давлением кислорода были рассчитаны удельные затраты электроэнергии. Полученные данные представлены в таблице 4.
Таблица 4. Зависимость степени очистки и затрат электроэнергии от давления кислорода (Ув = 1 л, Сф.н = 12,4 мг/л)
Рп , МПа п2 Степень очистки, % Ш, Втч/мг
атм. давление 78,2 0,25
0,5 93,5 0,18
1,0 99,2 0,13
Из приведенных данных видно, что при проведении очистки термальной воды от фенола электрокоагуляционным методом под давлением кислорода затраты электроэнергии меньше, а степень очистки больше.
Литература
1. Архипова Н.Б., Терещенко Л.Я., Мартынова И. А., Архипов Ю.М. Фотоокислительная деструкция при фотохимической очистке воды // Журнал прикладной химии. 1994. № 4 - С. 598-603.
2. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер Экологические процессы технологической безопасности. -Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2000. - 800 с.
3. Томилов А.П., Харламова Т. А. Электрохимия органических соеди-
и с» / / ТЛ sj sj sj
нении в химическои промышленности // Российский химическии журнал. 1993. № 1. - С. 490-493.
4. В.Н. Шарифуллин Н.Н. Интенсификация биохимической очистки фенолсодержащих сточных вод. // Химическая промышленность. 2000. № 4. - С. 41 - 42.
5. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987. - 312 с.
