Очистка жидких отходов, содержащих ионы поливалентных металлов с использованием «Безреагентных» технологий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 504.064.4; 504.064.043:62/69

А.С.ЧУГУНОВ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)

ОЧИСТКА ЖИДКИХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ПОЛИВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ «БЕЗРЕАГЕНТНЫХ» ТЕХНОЛОГИЙ

Данными по стационарной концентрации ионов поливалентных металлов и рабочей обменной емкости показано, что наиболее приемлемыми ионитами для организации очистки производственных стоков от нормируемых примесей являются комплексообразующие иониты. Разработана технология регенерации ионитов, обеспечивающая получение выделяемых примесей в виде шлама, безопасного при долговременном хранении и захоронении.

By the data on stationary concentration of ions of polyvalent metals and working exchange capacity it is shown, that the most comprehensible ionites for the organization of clearing of industrial drains from normalized impurity are complexing ionites. The technology of regeneration ionites, providing reception of allocated impurity as slim, safe is developed at long-term storage and a burial place.

Содержащие ионы поливалентных металлов жидкие отходы образуются на многих производствах.

Поступление соединений переходных металлов на станции биологической очистки сточных вод населенных пунктов нормативно ограничивается. Значения допустимых концентраций (ДК) металлов в поступающих на станции очистки Санкт-Петербурга сбросных водах согласно приказу Комитета по управлению городским хозяйством администрации Санкт-Петербурга от 25 ноября

1996 г. № 201 (с изменениями от 28 ноября

1997 г. и 3 марта 1999 г.) следующие:

Загрязняющее вещество ДК, мг/дм3

Железо общее 1,1

Медь 0,02

Никель 0,005

Цинк 0,07

Хром (3+) 0,003

Свинец 0,004

Кадмий 0,0002

Ртуть 0,0001

Марганец 0,1

Традиционные методы очистки жидких

отходов, основанные на методах осаждения и осветления образующихся суспензий гра-

витационными и фильтрационными методами, не позволяют обеспечить заданного качества сбросных вод. Хорошие результаты дает использование ионообменных технологий, причем следует отметить, что практически всегда под этот термин подпадают и технологии, определяемые разработчиками как сорбционные.

Основным критерием, который должен быть поставлен во главу угла при разработке систем очистки жидких отходов и сточных вод, является гарантированная максимальная эффективность работы при минимальных себестоимости и трудозатратах.

С практической точки зрения это означает соблюдение следующих требований:

• выбор фильтрующих загрузок или их комбинаций с высокими значениями рабочей динамической обменной емкости системы;

• проведение регенерации фильтрующей загрузки в условиях, при которых контролируемые ионы выделяются в самостоятельную фазу в той или иной химической форме;

• использование методов и технических средств, позволяющих восстанавливать свойства регенерационных растворов с од_ 87

Санкт-Петербург. 2004

новременным переводом извлекаемых ионов в самостоятельную фазу.

Следует отметить, что к собственно методам очистки любых жидких отходов относятся только те, которые обеспечивают или разрушение токсикантов, или их перевод в химически и биологически инертную формы. По отношению к ионам поливалентных металлов это означает перевод их в такую химическую форму, которая бы исключала сколь-либо значимое взаимодействие с объектами биосферы, т.е. в форму практически нерастворимых в водных средах соединений. Это означает, что собственно очистку обеспечивают только процессы осаждения. Все остальные методы, в том числе и ионообменые, должны рассматриваться только как методы концентрирования, способствующие эффективному протеканию тех или иных процессов осаждения.

В настоящей работе использовались иониты с различным типом ионогенных групп: универсальные сульфокатионит КУ-2 и карбоксильный катионит с группами ме-такриловой кислоты КБ-4, комплексообра-зующий фосфорнокислотный катионит «Термоксид-ЗА», хелатообразующие карбоксильный катионит с группами акриловой кислоты КБ-2 и полиамфолит с группами типа иминодиуксусной кислоты «РигоШе S-930».

Значения динамической обменной емкости (ДОЕ) ионитов рассчитывалось численным интегрированием выходных кривых фильтрования до концентрации извлекаемого иона, превышающей стационарную не более чем на 10 %, и выходных кривых регенерации ионитов. Значения стационарных концентраций ионов в фильтрате и рабочих динамических емкостей для исследованных ионитов приведены в табл.1.

Анализ полученных данных показал, что широко применяемые иониты общего назначения КУ-2 и КБ-4 не обеспечивают получения фильтрата с требуемым качеством. Обладая высокими значениями обменной емкости, эти ионообменные материалы могут рассматриваться в качестве фильтрующей загрузки первой ступени очистки, обеспечивающей снижение солевой нагрузки на системы тонкой очистки.

Комплексообразующие иониты позволяют получить фильтрат заданного качества, но в нейтральных растворах из-за относительно невысокой динамической обменной емкости могут использоваться только на стадии тонкой очистки, на которой низкие входные концентрации примесей обеспечивают практически приемлемое время фильт-роцикла.

Таблица 1

Рабочие характеристики ионитов

Ионит Функциональная группа Стационарная концентрация в фильтрате, мкг/дм3 Рабочая ДОЕ, экв/м3

КУ-2 -SO3H 18,2 620

КБ-4 -PO(OH)2 24,4 480

КБ-2 -COOH 4,2 890

Термоксид-ЗА -COOH 1,6 890

Purolite S-930 -N(CH2COOH)2 0,89 620

Таблица 2

Основные показатели регенерации ионитов

Ионит Регенерирующий раствор Восстановленная рабочая обменная емкость, экв/м3 Средний удельный расход количества электричества, А-ч/экв

КУ-2 Католит 590 32,6

КБ-2 Анолит 880 27,4

Термоксид-3А Анолит 720 29,7

Purolite S-930 Анолит 620 26,9

88 _

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.158

Регенерация ионитов осуществлялась в динамических условиях 10-процентным раствором сульфата натрия. Раствор подавался на вход электродных камер диафраг-менного электролизера. Диафрагмой служила катионопроницаемая ионогенная мембрана МК-40. Католит подавался на вход фильтра первой ступени, а анолит - на вход фильтра второй ступени. При смешении отработанных регенерационных растворов во всех случаях наблюдалось выделение окси-гидратных соединений переходных метал-

лов. Значения восстановленной рабочей динамической обменной емкости ионитов после десяти циклов регенерации одним и тем же восстановляемым солевым раствором приведены в табл.2.

Анализ полученных данных показывает, что восстановление рабочих характеристик ионитов разрабатываемым методом протекает с близким к теоретически возможному удельным расходом электричества, что делает метод экономически и экологически оправданным.

_ 89

Санкт-Петербург. 2004