CC BY
35
УДК 667
Корчагина Е.В., Пискунова М.Ю., Рыженкова А.В., Нистратов А.В.
ПОДХОДЫ К УДАЛЕНИЮ СТОЙКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Корчагина Екатерина Валерьевна, студент 3 курса бакалавриата кафедры промышленной экологии Пискунова Мария Юрьевна, студент 3 курса бакалавриата кафедры промышленной экологии Рыженкова Александра Валерьевна, студент 3 курса бакалавриата кафедры промышленной экологии Нистратов Алексей Викторович, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии; email: alvinist@muctr.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
В работе рассмотрены стойкие органические красители: прямой диазоалый, метиленовый голубой и активный фиолетовый, удаление которых из сточных вод до обесцвечивания представляет сложную задачу. Установлено, что окисление гипохлоритом натрия, пероксидом водорода, поглощение с помощью минеральных, углеродных и ионообменных сорбентов малоэффективны. Напротив, применение коагулянта сульфата алюминия в дозе 50 мг Al3+h с дальнейшим отстаиванием или электрофлотацией и фильтрацией приводит к обесцвечиванию растворов красителей с концентрацией 25 мг/л.
Ключевые слова: органические красители, обесцвечивание, химическое окисление, адсорбция, коагуляция
APPROACHES TO THE REMOVAL OF PERSISTENT ORGANIC DYES FROM AQUEOUS SOLUTIONS
Korchagina E.V., Piskunova M.Yu., Ryzhenkova A.V., Nistratov A.V. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Persistent organic dyes: direct diazored, methylene blue and active violet, which removal from wastewater until discoloration is a difficult task, are studied in the work. It has been established that both oxidation with sodium hypochlorite, hydrogen peroxide and removal by means of mineral, carbon and ion-exchange sorbents are ineffective. On the contrary application of coagulant aluminum sulfate at a dose of 50 mg Al3+ / l followed by sedimentation or electroflotation and filtration leads to the discoloration of dye solutions with a concentration of 25 mg /1. Key words: organic dyes, discoloration, chemical oxidation, adsorption, coagulation
Очистка сточных вод текстильной промышленности представляет серьезную проблему из-за большого водопотребления, высокой химической и биологической стойкости более 10000 применяемых синтетических красителей, наличия вспомогательных химикатов [1]. Для удаления органических красителей (обесцвечивания) существует множество методов [2], однако многие из них недостаточно эффективны с учётом жёстких требований к качеству очищенной воды.
Очистка воды от органических соединений может осуществляться различными методами [3]: физико-химическими (флотация, коагуляция, сорбция, обратный осмос, ультра- и нанофильтрация и др.); химическими и электрохимическими (окисление озоном, пероксидом водорода, активным хлором, электрохимическая деструкция,
радиационная обработка и др.); биологическими. При этом использование природных адсорбентов в поглощении поллютантов считается [4] экономически выгодным благодаря преимуществам: высокой эффективности без вторичного загрязнения, лёгкости проведения, низким энергетическим и эксплуатационным затратам.
В настоящей работе были изучены органические красители следующих типов (рис. 1).
1. Прямой диазоалый (ПА) - красный анионный краситель, используется в текстильной
промышленности для окрашивания шелковых тканей.
2. Активный фиолетовый (АФ) - фиолетовый анионный краситель, используется в текстильной промышленности для окрашивания хлопчатобумажных и вискозных тканей.
3. Метиленовый голубой (МГ) - синий катионный краситель, используется в различных отраслях промышленности, для изготовления цветных карандашей, чернил, цветной бумаги, красок и лаков, а также для окрашивания препаратов в микробиологии.
ОСН»
NH-C0-<>NH~C0-O-™.
прямой диазоалый
NHL
Л ■
N N
АЛ
Na03S
CI
S03Na
SOjNa
активный фиолетовый
Н3С-
N
СН3
С1"
СН3
метиленовый голубой Рис. 1. Структурные формулы изучаемых красителей В связи с тем, что предельно допустимые концентрации данных соединений в природной воде не установлены, авторы провели оценку их ориентировочно допустимой концентрации (ОДК) по условию отсутствия окраски в слое воды 10 см [5]. Наиболее интенсивную окраску имеет метиленовый голубой с ОДК 0,025 мг/л, затем следуют активный фиолетовый и прямой диазоалый с одинаковой ОДК - 0,1 мг/л.
Действие наиболее распространённых
%-ный водный раствор) - на испытуемые красители отражено в табл. 1. Очевидно, что данные вещества проявляют стойкость к химическому окислению и даже в жёстких условиях оно протекает неполно.
Для поглощения молекул данных красителей были проведены испытания различных по природе сорбентов: каолин, осветляющие активные угли УПК-О (порошковый), БАУ (зернёный), анионит АВ-17-8 для ПА и АФ, катионит КУ-2-8 для МГ. Для анализа конечной концентрации растворов использовали прямую фотометрию - измерение оптической плотности при длинах волн для ПА, АФ и МГ 364, 540, 670 нм соответственно на приборе КФК-2. Результаты контакта растворов красителей (100 мг/л) с поглотителями в статических условиях в течение 7 суток приведены в табл. 2.
окислителей - КаС1О (средство «Белизна») и Н202 (3
Таблица 1. Наблюдаемые изменения при взаимодействии растворов красителей и окислителей
Окислитель (5 мл на 50 мл раствора) Прямой диазоалый Активный фиолетовый Метиленовый голубой
№С1О бледнеет при подкислении желтеет при подкислении бледнеет при подкислении
Н2О2 нет незначительно бледнеет нет
Таблица 2. Результаты статической адсорбции красителей из ^ растворов
Прямой диазоалый Активный фиолетовый Метиленовый голубой
Доза, г/л Конечная Доза, г/л Конечная Доза, г/л Конечная
Сорбент концентрация, мг/л концентрация, мг/л концентрация, мг/л
Каолин 1 94,5 5 65,9 1 83,5
УПК-О 1 5,1 5 24,2 1 0
УПК-О* 10 25,2 - - 1 0
БАУ 1 1,92 5 24,5 1 24,6
АВ-17-8 1 94,5 5 95,9 - -
КУ-2-8 - - - - 1 42,4
* Интенсивное перемешивание в течение получаса (оценка кинетики процесса)
Из полученных данных следует, что применение выбранных адсорбентов для решения задачи обесцвечивания нерационально кроме комбинации МГ - УПК-О. Осуществляемое на практике перемешивание сточной воды с данным адсорбентом в течение 0,5 ч подтверждает его эффективность в дозе 1000 мг/л. Возможное повышение степени очистки при больших дозах адсорбентов ограничено их стоимостью.
Механизм сорбции положен в основу обработки окрашенных сточных вод коагулянтами, наиболее универсальный из которых - Л12(804)3. Его добавляли к растворам красителей с концентрацией 25 мг/л (с добавкой Ка2Б04 1 г/л и доведением рН до 7) и перемешивали вручную в течение нескольких минут. Далее суспензии подвергали отстаиванию либо электрофлотации в течение 30 мин и фильтрации (рис. 2).
Визуально коагулянт сорбировал большую часть красителей, причём наиболее полное осветление растворов наблюдалось при сочетании электрофлотации и фильтрации. Количественные результаты экспериментов с коагулянтом и различными вариантами отделения осадка также обнадёживают (табл. 3).
Рис. 2. Наблюдения коагуляции растворов красителей. Слева направо: после отстаивания, после флотации, после флотации+фильтрации
Таблица 3. Результаты коагуляции растворов красителей сульфатом алюминия
Прямой диазоалый Активный ( шолетовый Метиленовый голубой
Коагулянт Способ разделения фаз Конечная концентрация, мг/л Способ разделения фаз Конечная концентрация, мг/л Способ разделения фаз Конечная концентрация, мг/л
Al2(SÜ4)3 в дозе 50 мг/л по Al3+ Отстаивание 14,5 Отстаивание 1,38 Отстаивание 6,56
Эл-флотация 11,6 Эл-флотация 0,319 Эл-флотация 5,3
Эл-флотация + фильтрация 8,8 Эл-флотация +Фильтрация 0,053 Эл-флотация +Фильтрация 0,34
Как следует из табл. 3, выбранный коагулянт удаляет красители в разной степени: активный фиолетовый > метиленовый голубой > прямой диазоалый. Способ отделения осадка от очищенной воды имеет большое значение: электрофлотация по сравнению с отстаиванием повышает степень очистки на 5-10 %, а последующая фильтрация обеспечивает удаление наиболее мелких окрашенных частиц. При удалении АФ этим способом возможно достижение его ОДК 0,1 мг/л.
Таким образом, экспериментальная проверка подходов к удалению трёх стойких органических красителей выявила эффективный способ решения этой задачи коагуляцией с А^БО^, электрофлотацией и фильтрацией. Подбор оптимальных параметров процесса требует дальнейших исследований.
Список литературы
1. Шалбак А. Сравнительное исследование процессов обесцвечивания и деструкции красителей.
Дисс. К.х.н. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. - 149 с.
2. Шалбуев Д.В. Методы очистки сточных вод после процесса крашения. Методическое указание к выполнению лабораторных работ. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2001. - 46 с. (http://window.edu.ru/catalog/pdf2txt/532/18532/501).
3. Родионов, А. И. Технологические процессы экологической безопасности. Гидросфера [Текст]: учебник для академического бакалавриата. 5-е изд., испр. и доп. / А. И. Родионов, В. Н. Клушин, В. Г. Систер - М.: изд-во Юрайт, 2018. - 283 с.
4. Lansari I., Benguella B., Kruchinina N., Nistratov A.. Adsorption of textile dye (acid green 4G) from aqueous solution on natural and modified sawdust. Desalination and Water Treatment. 2020. Accepted 18.03.2020, in press.
5. ПНД Ф 12.16.1-10. Методические рекомендации. Определение температуры, запаха, окраски (цвета) и прозрачности в сточных водах, в том числе очищенных сточных, ливневых и талых (http://www.gostrf.com/normadata/1/4293807/42938070 52.htm).
