CC BY
6
УДК 628,31, 622,793 Саранцева А.А.
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКОВ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОДЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Саранцева Анастасия Алексеевна - бакалавр 2-го года обучения факультета биотехнологии и промышленной экологии; asar180302@gmail.com.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, дом 20.
В статье рассмотрены возможности использования осадка процесса нейтрализации (очистки) сточных вод гальванического производства. Определен расход щелочного реагента на достижения заданных условиями осаждения концентраций. Построена кривая титрования. Методом рентгенофлуоресцентного анализа Изучен химический состав осадка (гидроксиды алюминия и меди), предложены основные направления применения образующегося осадка.
Ключевые слова: сточные воды гальванического производства, осаждение, нейтрализация, отходы в доходы
ASSESSMENT OF THE POTENTIAL FOR THE USE OF PRECIPITATION IN THE PROCESS OF WASTEWATER TREATMENT OF ELECTROPLATING PRODUCTION
Sarantseva A.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article considers the possibilities of using the sludge of the process of neutralization (purification) of wastewater from galvanic production. The consumption of an alkaline reagent to achieve the concentrations specified by the precipitation conditions was determined. The titration curve is built. X-ray fluorescence analysis The chemical composition of the precipitate (aluminum and copper hydroxides) was studied, and the main directions for the application of the formed precipitate were proposed.
Key words: coagulation, wastewater from galvanic production, sedimentation, neutralization, waste into revenues
Введение
Гальваническое производство является основным источником образования сточных вод. Сточные воды гальванических производств оказывают негативное влияние на окружающую среду, ввиду наличия в их составе крайне высоких концентраций тяжелых металлов ПАВ, а также экстремальными знамениями рН. Именно поэтому проблема очистки сточных вод гальванических производств по-прежнему остается актуальной [1-3].
Большинство химических веществ,
поступающих в водоемы из сточных вод гальванических производств, характеризуются высоким токсическим, канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием. Канцерогенное влияние оказывают селен, цинк, мышьяк и палладий. Кадмий, свинец, мышьяк, кобальт, алюминий и литий оказывают тератогенное воздействие. Сульфид цинка может стать причиной появления мутаций. Все указанные металлы способны проникать в организм человека с недостаточной очищенной природной водой или в процессе их биоаккумуляции в живых организмах.
Одним из наиболее эффективных способов очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов является реагентный метод. В основе процесса очистки лежит нейтрализация воды с помощью щелочных реагентов (гидроксиды магния, кальция,
натрия, оксидов кальция, карбонатов кальция, натрия, магния и пр.) с последующим переводом большей части ионов тяжёлых металлов в малорастворимые соединения - гидроксиды или основные карбонаты. Данные по остаточным концентрациям ионов тяжелых металлов в зависимости от рН осаждения представлены в таблице 1.
Практически доказано, что лучшие результаты достигаются при совместном осаждении двух или нескольких ионов металлов при одной и той же величине pH, чем в случае раздельного их осаждения
[4].
Согласно информации таблицы 1, можно сделать вывод, что оптимальным значением для осаждения гидроксидов металлов, ионы которых содержатся в гальванических стоках, является рН=10-11.
Необходимо отметить, что большая часть обязующихся соединений не являются отходами и могут быть использованы повторно в качестве сырья. Отходы процесса нейтрализации сточных и промывных вод процессов нанесения гальванических покрытий нашли широкое применение в качестве металлургического сырья, прекурсоров для получения электролитов, катализаторов и пигментов для приготовления строительных материалов.
Таблица 1. Значения pH осаждения гидроксидов металлов и остаточная концентрация ионов металлов
Формула гидроксида Величина pH начала осаждения при исходной концентрации осаждаемого иона 0,01 М Величина pH полного осаждения (остаточная концентрация менее 10-5 М) Величина pH начала растворения Остаточная концентрация иона металла, наблюдаемая на практике при pH 8,5-9,0, мг/л
Fe(OH)2 7,5 9,7 13,5 0,3-1,0
Fe(OH)3 2,3 4,1 14,0 0,3-0,5
Zn(OH)2 6,4 8,0 10,5 0,1-0,05
Сг(ОН)э 4,9 6,8 12,0 0,1-0,05
Ni(OH)2 7,7 9,5-10,0 - 0,25-0,75
А1(ОН)э 4,0 5,2 7,8 0,1-0,5
Cd(OH)2 8,2 9,7-10,5 - 2,5
Cu(OH)2 5,5 8,0-10,0 - 0,1-0,15
Mn(OH)2 8,8 10,4 14,0 1,8-2,0
Основной целью исследования является исследование процесса осаждение гидроксидов ионов тяжёлых металлов из сточных вод гальванического производства Московской области с целью выбора оптимального направления вторичного использования образующихся осадков.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись сточные воды с гальванического производства (смесь ванн травления алюминиевых деталей, никелирования, меднения).
Для пробы исходной сточной воды имели начальное значение pH=1,8.
Для коррекции рН и перевода металлов в нерастворимые соединения был использован 2%-ный раствор гидроксида натрия. Измерение значений рН проводили на портативном ионометре И 160 (Эконика)
Полученный осадок отделяли из раствора и высушивали при температуре 105 °С до постоянной массы.
Исследование химического состава осадка проводили при помощи сканирующего электронного микроскопа JEOL1610LV с энергодисперсионным спектрометром SSD X-MaxIncaEnergy (JEOL, Япония; Oxford Instruments, Великобритания).
Результаты и их обсуждение
На основании полученных данных была построена кривую изменения значения рН в зависимости от дозы щелочного реагента (рис. 1).
По кривой титрования видно, что при pH=11,8 гидроксид натрия находится в избытке, следовательно, объема, необходимого для создания данной среды достаточно, чтобы осадить ионы тяжелых металлов. Расход сухого гидроксида натрия составил 3,5 г/л.
Полученные данные масштабировали для наработки установленного аналитической
лабораторией объёма осадка. Расход щелочи примерно 3,6 - 3,8 кг сухого NaOH/м3 или 7,9 - 8,3 литра 46 % масс. на 1 м3 обрабатываемой воды. Выход сухого остатка 280-570 граммов/м3, влажность 89 %. Остаток ярко синий, хорошо оседает без реагентов.
12 10
£ е
4
2 0
О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
гоаонуя
Рис. 1. Кривая титрования пробы сточной воды раствором гидроксида натрия.
Полученный в процессе нейтрализации осадок прокаливали для перевода в оксидную форму и анализировали методом сканирующей электронной микроскопии и рентгенофлюоисцентного анализа. Данные по химическому составу осадков (в пересчете на оксиды) представлены в таблице 2.
Таблица 2. Химический состав осадка
AI2O3 Fe2O3 CuO NiO
34.9 4.1 52.8 8.2
Из данных таблицы 2 видно, что в основе осадка лежат соединения алюминия и меди, что позволяет использовать их в качестве исходного прекурсора для получения различных продуктов в (например, коагулянтов) [5-7], либо в качестве исходного сырья для процессов цветной металлургии.
Полученные в рамках работы данные позволят в значительной мере снизить негативное воздействие производства на окружающую природную среду, как счет минимизации содержания тяжелых металлов в сточных водах, так и за счет снижения объемов образования и размещения отходов. Концепция «отходы в доходы» позволит не только экологизировать производство, но и будет иметь серьёзный экономический эффект.
Заключение
В рамках проделанной работы получены данные по возможности выделения большей части примесей из сточных вод гальванического производства с получением ценного вторичного ресурса. Полученные данные позволят не только минимизировать объемы образования и размещения опасных отходов, но и сделать шаг к реализации процессов в рамках экономики замкнутого цикла [815].
Научный руководитель к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Кузин Евгений Николаевич
Список используемой литературы
1. Кузин Е. Н., Аверина Ю. М., Курбатов А. Ю, Сахаров П. А, Очистка сточных вод гальванического производства с использованием комплексных коагулянтов-восстановителей // Цветные металлы. .2019. № 10. С. 91-96.
2. Кузин Е. Н., Фадеев А. Б., Кручинина Н. Е., Носова Т. И., Мискичекова З. К., Зайцева А, Д. Очистка кислотно-щелочных сточных вод гальванического производства с использованием инновационных реагентов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2020. Т. 28, № 3. С. 37-44.
3. Kuzin E. N., Chernyshev P. I., Vizen N. S., Krutchinina N. E. The Purification of the Galvanic Industry Wastewater of Chromium(VI) Compounds Using Titanium(III) Chloride // Russian Journal of General Chemistry, 2018, Vol. 88, No. 13, pp. 29542957.
4. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. Изд. 2-е, перераб. и доп.; "Глобус". - М., 2002. - 352 с.
5. Конончук, О.О. Разработка научно-технических основ технологии комплексной переработки медно-аммиачных и алюминиевых отходов / О.О. Конончук, А.И. Алексеев. // Успехи современной науки и образования. Белгород. - 2016. № 6. Том 3. С. 98-100
6. Конончук, О.О. Технологические основы утилизации медноаммиачных и алюминиевых отходов в системе Сu-Al-NHз-H2O / О.О. Конончук.
// Успехи современной науки. Белгород. - 2017. № 4. Том 5. С. 93-98.
7. Kononchuk, Olga. Scientific Background for Processing of Aluminum Waste / Kononchuk Olga, Alekseev Alexey, Zubkova Olga, Udovitsky Vladimir // The Second International Innovative Mining Symposium. 2017. 21
8. Matinde, E.; Simate, G.S. and Ndlovu, S.. Mining and metallurgical wastes: a review of recycling and re-use practices. J. S. Afr. Inst. Min. Metall. [online]. 2018, V. 118, N. 8. pp. 825-844
9. Rao S.R., Resources recovery and recycling from metallurgical wastes. 2006. V. 7, 1st Ed. Elsevier, 580 p.
10. Zhang Y., 2019, Introductory Chapter: Metallurgical Solid Waste, Recovery and Utilization of Metallurgical Solid Waste, Intech Open Ltd, London, UK, 110 p.
11. de Mello Santos, V.H., Campos, T.L.R., Espuny, M. et al. Towards a green industry through cleaner production development // Environmental Science and Pollution Research (ESPR) . 2022. vol. 29. pp. 349-370. https://doi.org/10.1007/s11356-021-16615-2
12. Бойко Н. И., Одарюк В. А., Сафонов А. В. Основные направления безотходных и малоотходных технологий // Технологии гражданской безопасности. 2015. vol. 12, No. 1 (43), pp. 68-72.
13. Yusfin, Y. S. Low-waste technologies in the metallurgical industry // Metallurgist. 2002. No. 46(3/4). pp.111-116.
14. Лемешев Д. О., Протасов А. С., Колесников В. А. Перспективы повторного использования и безопасной утилизации металлосодержащих отходов(обзор) // Теоретическая и прикладная экология. — 2021. — № 4. — С. 20.
15. Макаренко Е.Д. (2021). Экономико-правовые проблемные аспекты при использованиии отходов и вторичных ресурсов для производства товаров (продукции) в России. // Вестник магистратуры, (4-1 (115)), 65-72.
