CC BY
16
УДК 628.31
Балашов А. В., Чурина А. А., Пономарева Е. А., Фадеев А. Б., Балева К. А., Дебердеева А. Т.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Балашов Артемий Владимирович - студент 4 курса бакалавриата факультета биотехнологии и промышленной экологии, e-mail:
Чурина Алина Антоновна - студентка 2 курса бакалавриата факультета биотехнологии и промышленной экологии
Пономарева Елена Александровна - студентка 2 курса бакалавриата факультета биотехнологии и промышленной экологии
Фадеев Андрей Борисович - аспирант кафедры промышленной экологии, факультета биотехнологии и промышленной экологии
Балева Ксения Андреевна - студентка 3 курса бакалавриата факультета биотехнологии и промышленной экологии
Дебердеева Алина Тагировна - студентка 3 курса бакалавриата факультета биотехнологии и промышленной экологии
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Основной задачей данной работы являлась оценка возможности реагентной предочистки сточных вод содержащих комплексные соединения тяжелых металлов. Установлено, что процесс коагуляции позволяет с высокой эффективностью удалять из воды комплексные соединения тяжелых металлов. Так, устойчивые в щелочной среде комплексы железа с эффективностью более 90 % удаляются из воды коагулянтами на основе соединений алюминия. Для более устойчивых комплексов меди эффективность очистки при использовании сульфата алюминия превысила 95 %.
Ключевые слова: сточные воды, комплексные соединения, коагуляция.
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR PRE-TREATMENT OF WASTE WATER FROM COMPLEX COMPOUNDS OF HEAVY METALS
Balashov A. V., Churina A. A., Ponomareva E. A., Fadeev A. B., Baleva K. A., Deberdeeva A. T. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The main quality of work was the possibility of reagent pretreatment of steel services offered by heavy metals. It has been established that the coagulation process makes it possible to remove complex compounds of heavy metals from water with high efficiency. Thus, iron complexes that are stable in an alkaline environment of the system are removed from water with an efficiency of more than 90% by coagulants based on aluminum compounds. For more stable copper complexes, the purification efficiency when using aluminum sulfate exceeded 95%. Keywords: production kvass, waste water treatment, coagulant.
Введение
Вопросам очистки сточных вод гальванического производства посвящено множество работ. Различные исследовательские коллективы подробно описали методы физической, химической, физико-химической и биологической очистки сточных вод от широкого спектра загрязняющих веществ. Несмотря на обилие разработанных технологий наиболее дешевой и надёжной технологией очистки гальванических сточных вод является их реагентная очистка. В зависимости от источника образования или гальванического процесса сточные воды можно условно разделить на:
• Хромсодержащие сточные воды - промывные воды процессов хромирования и хроматирования, содержание значительные количества соединений железа (VI)
• Циансодержащие сточные воды - промывные воды процессов нанесения покрытий с
использованием циансодержащих 'электролитов (крайне токсичные)
• Кислотно--щелочные сточные воды -промывные воды, а также проливы основных операций нанесения цинковых, медных и других покрытий, а также сточные воды процессов травления, очистки и пассивирования поверхностей, характеризующиеся высоким содержанием тяжелых металлов и непостоянным значением рН.
• Стоки содержащие комплексные соединения тяжёлых металлов - промывные воды процессов нанесения покрытий с использованием органометаллических электролитов, обладающие повышенной устойчивостью.
Хромсодержащие сточные воды предварительно обрабатываю солями сернистой кислоты или железа с целью перевода хорошорастворимых в широком диапазоне рН соединений хрома (VI) в плохорастворимые в слабощелочной среде
соединения хрома (III), циансодержащие стоки окисляют гипохлоритом натрия, а объединенные кислотно--щелочные стоки подвергают
нейтрализации с использованием карбоната или гидроксида натрия. В процессе нейтрализации (осаждения) большая часть тяжелых металлов оседают из воды в форме плохорастворимых гидроксидов или карбонатов [1-4]. Условно очищенная вода отправляет на доочистку для повторного использования (в случае если это разрешено нормативной документацией) или сбрасывается в городской коллектор для дальнейшей доочистки [5, 6].
Комплексные соединения тяжёлых металлов -отдельная и особенно сложная задача. Химический состав подобны электролитов, и, как следствие, сточные воды, образующиеся при использовании подобных реагентов, отличаются повышенной стабильностью в широком диапазоне рН и не могут быть очищены традиционным методами очистки.
Выходом из сложившейся ситуации может стать применение коагулянтов, однако к выбору конкретного реагента нужно подходить с особой осторожностью. Известно [7], что коагулянты на основе железа способны образовывать комплексные соединения с различными органическими лигандами, что автоматически исключает данный реагент из списка потенциальных коагулянтов.
Необходимо дополнительно отметить, что применение солей алюминия требует поддержания, ограниченного диапазон рН, с целью предотвращения образования хорошорастворимых в щелочной среде алюминатов. Относительно недавно в открытых источниках начала появляться информация о высокой перспективности соединений титана в процессах очистки сточных вод различного происхождения [810].
Экспериментальная часть
Основной целью данной работы является оценка возможности использования процессов коагуляции с использованием алюминий содержащих реагентов для предочистки сточных вод от комплексных соединений меди и железа.
Лабораторную коагуляцию проводили на флокуляторе фирмы VELP Scientifica (Италия). Время быстрого перешивания - 2 минуты, медленного- 8 минут, время седиментации коагуляционного шлама - 30 минут.
Оценку эффективности оценивали по изменению содержания соединений железа и меди в воде. Аналитический контроль проводили при помощи портативного спектрофотометра DR 2800 (HACH USA).
В качестве модельной воды были выбраны аммиачно-тартратные комплексы меди с концентрацией 100 мг/л, а также тартратный комплекс железа с аналогичной концентрацией.
На первом этапе исследований была проведена оценка эффективности традиционного
алюминийсодержащего коагулянта (сульфат
алюминия) в процессе очистки сточных вод от аммиачно-тартратного комплекса меди. На графике рис. 1 представлена зависимость эффективности очистки воды от соединений меди в зависимости от дозы реагента.
Диза коа|улнша, м| {ДЬО л/ч
Рис. 1 Изменение концентрацией соединений меди в зависимости от дозы коагулянта.
Из данных графика рис. 1 видно, что применение коагулянта на основе сульфата алюминия позволяет с высокой эффективностью (99 %) удалять из воды аммиачно-тартратный комплекс меди, однако расход коагулянта (в пересчете на товарный продукт 5 - 6 г/л) крайне высок, что нецелесообразно с экономической точки зрения. К сожалению, остаточная концентрация соединений меди не соответствует нормативам сброса воды в городскую канализацию или водоемы рыбохозяйственного назначения
С учетом того факта, что наибольшее распространение в качестве коагулянтов для очистки сточных вод гальванического производства получили соединения железа, а также с учетом крайне высокого содержания железа (восстановитель) в хромсодержащих сточных водах попадание таких стоков в водные системы содержащие органические лиганды (например, тартрат) может привести к вторичному комплексообразованию и загрязнению воды соединениями железа.
На следующем этапе экспериментов была проведена оценка традиционных
алюминийсодержащих реагентов в процессах очистки сточных вод от органических комплексов железа. Данные по эффективности удаления ионов железа при использовании традиционного коагулянта (сульфат алюминия) представлены на графике рис. 2
О 50 100 150 200 250
Доз а км гуля н-а,
Рис. 2. Изменение концентрацией соединений железа в зависимости от дозы коагулянта.
Из данных графика видно, что традиционный коагулянт уже при относительно невысокой дозе (порядка 1 - 1,25 г/л по товарному продукту) позволяет удалять из воды комплексные соединения железа, что в первую очередь говорит о их низкой агрегативной устойчивости. Остаточная
концентрация соединений железа не превышает 0,3 мг/л, ввиду чего дальнейшая очистка от соединений железа не требуется.
Заключение
В рамках проделанной работы была установлена возможность применения традиционных
алюминийсодержащих коагулянтов (сульфат алюминия) в процессах очистки сточных вод гальванического производства от комплексных соединений меди и железа. Эффективность удаления соединений меди при использовании сульфата алюминия составила 99 %, однако расход коагулянта был крайне высок (более 5 г/л) и наиболее целесообразно применение более эффективного способа очистки. Эффективность очистки воды от комплексных соединений железа в свою очередь превысила 99,9 %, при этом расход коагулянта был относительно низким (1,0 - 1,25 г/л).
Список литературы
1. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. Изд. 2-е, перераб. и доп.; "Глобус". - М., 2002. - 352 с.
2. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Комплексные коагулянты очистки сточных вод гальванического производства // Гальванотехника и обработка поверхности. 2019. Т. 27, № 4. С. 43-49.
3. 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.
4. Kuzin E. N., ChernyshevP .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.
5. Averina J.M., Kaliakina G.E., Zhukov D.Y., Kurbatov A.Y.,Shumova V.S. Developmnt and design of a closed water use cycle. 19th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2019) Bulgary 2019, Vol. 19 of 3.1., pp. 145-152.
6. Аверина Ю. М., Калякина Г. Е., Меньшиков В. В. Капустин Ю.И., Болдырев В.С. Проектирование процессов нейтрализации хрома и цианосодержащих сточных вод на примере гальванического производства // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. 2019. № 3. С. 70-80.
7. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. М.: "Наука", 1997. - 347 с.
8. Кузин Е. Н. Титансодержащие коагулянты в процессах очистки хозяйственно-бытовых сточных вод // Вода и экология: проблемы и решения. 2020. № 4 (84). С. 16-23
9. Kuzin E. N., Kruchinina N. E., Gromovykh P.S., Tyaglova Ya. V. Coagulants in the Processes of Waste Water Treatment in Dairy Complex Industry // Chemistry for sustainable development 2020. V. 28. P. 388-39
10. 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. N10. С. 91-96
