CC BY
81
УДК. 628.316.13
В. С. Чиркова, Н. А. Собгайда, К. И. Шайхиева
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ХРОМА (VI) ОТХОДАМИ
МЕТАЛЛООБРАБОТКИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Ключевые слова: ионы хрома, модельные сточные воды, металлосодержащие отходы производства, очистка.
Изучена возможность очистки сточных вод от ионов хрома (VI) отходами металлообработки предприятия. Найдено, что наибольшая степень удаления ионов хрома наблюдается при использовании в качестве реагента шлифовальной пыли.
Key words: Chrome ions, model wastewaters, metal-containing wastes of production,purification.
Was explored the possibility of wastewaters purification from chrome ions(VI) by metal-processing wastes of enterprise. Was found that the biggest degree of chrome ions deleting observes when grinding dust is used as reagent.
Гальваническое производство является неотъемлемой частью ряда промышленных производств. Для обработки поверхностей деталей нанесением покрытий используются различные ионы тяжелых металлов - цинк, никель, кадмий, хром и др. Тяжелые металлы являются токсичными для окружающей среды, если их концентрация превышает допустимую норму. Из за этих свойств металлов и бесконтрольного загрязнения ими водной среды происходят массовые отравления людей и гибель организмов.
Наиболее опасным из ряда ионов тяжелых металлов являются катионы хрома (Сг). Токсичность хрома выражается в изменении иммунологической реакции организма, снижении репаративных процессов в клетках, ингибировании ферментов, поражении печени, нарушении процессов биологического окисления [1].
Традиционно очистка от ионов Сг(У!) на предприятии производится реагентным методом, который заключается в восстановлении ионов Сг6+ до Сг3+ в кислой среде в присутствии реагентов-восстановителей и дальнейшее подщелачивание, при котором происходит образование Сг(ОН)3, который выпадает в осадок.
С целью сокращения и использования дорогих реагентов в качестве восстановителей возможно применение вторичных материальных ресурсов -отходов промышленного и сельскохозяйственного производства [2-10].
В связи с вышеизложенным в данной работе изучалась возможность использования отходов металлообработки предприятия ООО ЭПО «Сигнал» (г. Энгельс) для очистки сточных вод названного же предприятия от ионов хрома (VI), образующихся в гальваническом цехе в процессе хромирования деталей.
В качестве реагентов для очистки сточных вод использовались следующие отходы:
1. Шлак сварочный. Состоит из железа оксида - 99 %, механических примесей - 1 %. Образуется в ремонтном цехе предприятия при сварочных работах (Отход № 1).
2. Пыль (или порошок) от шлифования черных металлов, содержание металла - более 50 %. Состоит из карбида кремния - 25 %, железа, оксида же-
леза - 75 %. Образуется на заточных и шлифовальных участках предприятия, методом сухой шлифовки без использования смазочно-охладительной жидкости (Отход № 2). 3. Отходы песка очистных и пескоструйных устройств в металлургии. Состоит из кремнезема (SiO2) - 90 %, стали - 10 %. Образуется на предприятии при очистке деталей из стали в пескоструйных камерах (Отход № 3).
Рассматриваемые отходы содержат оксид железа (Fe2O3), который предположительно может дополнительно загрязнять стоки при использовании отходов для их очистки от ионов Cr6+. Для определения возможности вторичного загрязнения катионами железа в 100 см3 дистиллированной воды добавляли по 1 г всех исследуемых видов отходов и выдерживали в течение 24 часов. По истечении суток контактирования вода отфильтровывалась и анализировалась на содержания катионов железа согласно методики [11] на спектрофотометре марки «ПромЭкоЛаб ПЭ-5300В». Определялась оптическая плотность (а) и, соответственно, концентрация катионов Fe3+ (Скон) в модельных растворах. Из методики [11] известно, что нижний предел обнаружения катионов Fe3+ соответствует оптической плотности, равной а = 0,058. Проведенными экспериментами установлено, что содержание ионов железа (III) не превышает установленных значений ПДК и вторичного загрязнения водной среды не наблюдается.
Первоначально проводились эксперименты для определения степени очистки модельных стоков, содержащих ионы Cr6+, в зависимости от времени контактирования с исследуемыми отходами металлообработки.
Для этого в 100 см3 модельного раствора с начальной концентрацией (Снач) ионов Cr(VI) 1 мг/дм3 добавлялось по 1 г вышеназванных отходов промышленного производства. По истечении определенных промежутков времени содержимое жидкой фазы анализировалось на содержание ионов хрома. Все измерения остаточной концентрации ионов Cr(VI) проводились фотоколориметрическим методом на приборе марки «ПромЭкоЛаб ПЭ-5300В» согласно стандартной методики [12]. По конечным (Скон) и начальным (Снач) концентрациям
ионов Ог6+ рассчитывалась степень (Э) очистки модельных сточных вод по формуле:
Э = Снач -Скон *Ш0% Снач
(1)
Рассчитанные значения эффективности удаления ионов хрома в растворах в зависимости от времени контактирования с исследуемыми реагентами приведены на рис. 1.
Рис. 1 - Зависимость эффективности очистки сточных вод от ионов хрома (Сг+6) при использовании отходов металлообработки и времени реагирования
Как следует из приведенных на рис. 1 данных, наибольшая степень очистки наблюдается в случае использования отхода № 2 и достигает 99 % через 24 часа контактирования. В случае применения отходов № 1 и № 3 степень удаления ионов &(У[) из растворов невысока и не превышает 40 % через 24 часа взаимодействия.
В дальнейших экспериментах для определения оптимального соотношения массы реагентов к объему стоков и определения эффективности очистки модельных сточных вод от ионов Ог6+ исследуемые отходы металлообработки в различном количестве (от 0,5 до 10 г) помещались в 100 см3 модельного раствора и выдерживались в течение 24 часов. В качестве модельного раствора использовался раствор, содержащий ионы Ог6+ с концентрацией 1 мг/дм3. По конечным (Скон) и начальным (Снач) концентрациям ионов Ог(У!) в растворах рассчитывалась степень очистки модельных сточных вод по формуле (1). Полученные зависимости приведены на рис. 2.
В дальнейшем исследовалась эффективность очистки исследуемыми отходами от названных ионов в зависимости от их концентрации. Для этого каждый вид отхода массой 10 гр помещали в 100 см3 модельных растворов с концентрациями ионов хрома 1-20 мг/дм3 и выдерживали в течение 24 часов. По конечным (Скон) и начальным (Снач) концентрациям рассчитывалась степень (Э) очистки модельных сточных вод по формуле (1).
Графики зависимости эффективности очистки в зависимости от концентрации поллютанта приведены на рис. 3.
И*
0,5 1 3 { 5 10
Рис. 2 - Зависимость эффективности очистки сточных вод от ионов хрома (Сг+6) при использовании отходов металлообработки в различных количествах
J Э, %
100
-Пищ Н!1
-П1И1Ц гн 2
-NmjflH'i
Снач «яг/л
0,5
Снач, мг/л
Рис. 3 - Зависимость эффективности очистки
^ +6
сточных вод от катионов Cr при использовании отходов металлообработки
Анализ полученных зависимостей свидетельствует, что наибольшую эффективность очистки по отношению к ионам хрома показал отход № 2. Данный отход представляет собой порошок, содержащий смесь, состоящую из карбида кремния (25 %) и железа с оксидом железа (75 %). Вероятно, железо способствует восстановлению ионов Cr6+ до ионов Cr3+ и последующей сорбции последних.
Из литературы известно, что соединения кремния абсорбирует соли тяжёлых металлов, пестициды и различные химические элементы.
Так немецкая компания «LiqTech International» представляет запатентованную технологию использования дисковых мембран из карбида кремния для очистки сточных вод в биореакторах и дренажных емкостях. С помощью данных мембран отфильтровывают мелкие частицы и болезнетворную микрофлору [13].
Вероятнее всего высокая эффективность очистки данным отходом обусловлена не только содержанием оксида железа, но и соединениями кремния.
Таким образом, в результате проделанной работы установлена возможность использования отходов металлообработки предприятия ООО ЭПО «Сигнал» для очистки сточных вод данного предприятия от ионов хрома.
Литература
1. Грушко Я.М. Ядовитые металлы и их неорганические соединения в промышленных сточных водах, Химия. М., 1979. С. 138-142.
2. И.Г. Шайхиев, Г.А. Минлигулова, Вода и экология: проблемы и решения, 3, 68-78 (2010).
3. И.Г. Шайхиев, Г.А. Минлигулова, Вода и экология: проблемы и решения, 4, 59-72 (2010).
4. И.Г. Шайхиев, Г.А. Минлигулова, Вода и экология: проблемы и решения, 1, 33-44 (2011).
5. И.Г. Шайхиев, Вестник машиностроения, 4, 73-74 (2006).
6. И.Г. Шайхиев, Все материалы, энциклопедический справочник, 12, 29-42 (2008).
7. А.И. Багаува, С.В. Степанова, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 14, 74-79 (2011).
8. Г.А. Минлигулова, А.Б. Ярошевский, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 2, 298-300 (2014).
9. M. Sciban, M. T. Klasnja, Acta Period. Technol, 29, 5965 (1998).
10. R. Maruca, B. J. Suder, J. P. Wightman, J. Appl. Polym. Sci., 27, 12, 4827-4837 (1982).
11. ПНД Ф 14.1:2:4.50-96. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации общего железа в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой, Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, М.,1996. 15 с.
12. ПНД Ф 14.1:2:4.52-96. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации ионов хрома в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с дифе-нилкарбазидом, Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, М., 1996. 15 с.
13. http://novmash.net
© В. С. Чиркова - аспирант каф. экологии и охраны окружающей среды Энгельского технологического университета (филиал) Саратовского государственного технологического университета; Н. А. Собгайда - д. т.н., доцент кафедры экологии и охраны окружающей среды Энгельского технологического университета (филиал) Саратовского государственного технологического университета, [email protected]; К. И. Шайхиева - студентка кафедры инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.
© V. S. Chirkova - graduated student of ecology and environment protecting cathedra of Engels Technologikal university the branch of Saratov State Technological university; N. А. Sobgayda - Dr. sc. techn, associate professor of ecology and environment protecting cathedra of Engels Technologikal university the branch of Saratov State Technological university, [email protected]; K. I. Shaykhieva - student of engineering ecology cathedra of Kazan National Research Technological University.
