CC BY
104
УДК 544.726.022.82
Е.А. Тиньгаева, М.В. Зильберман, Д.Ю. Бузмакова
Пермский государственный технический университет СИНТЕЗ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ГАЛЬВАНОШЛАМОВ
На основе отходов гальванических производств получены композиционные сорбенты, позволяющие извлекать ионы тяжелых металлов из сточных вод.
В настоящее время основным способом очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов является их нейтрализация. Утилизация образующихся при этом гальваношламов является одной из сложных нерешенных экологических проблем. Захоронение отходов осложняется в связи с высоким содержанием в них токсичных элементов II и III класса опасности, что создает риск загрязнения поверхностных и подземных вод, почв токсичными элементами.
Химической основой получающихся твердых продуктов являются гидроксиды кальция, магния, алюминия и железа, соотношение между которыми колеблется в широких пределах в зависимости от способа очистки.
Этот вид отходов является крупнотоннажным, и его накопление на территории предприятия представляет угрозу экологической безопасности.
Для уменьшения экологической опасности отходов гальванических производств применяют методы химической фиксации, производимой путем ферритизации [1] твердой фазы отходов, силикатизации, отверждения отходов с использованием неорганических и органических вяжущих, спекания. Их используют для получения строительных материалов дорожных покрытий, применяют в качестве пигментов в лакокрасочном производстве и наполнителей полимерных композиций [2, 3].
Однако методы фиксации решают лишь экологические аспекты проблемы обработки осадков, но не позволяют использовать их в качестве вторичного промышленного сырья с извлечением ценных металлов.
Поскольку гальваношламы представляют собой гидроксиды и оксиды тяжелых металлов, то их можно использовать в качестве сырья для производства композиционных ионообменных материалов.
В данной работе исследована возможность получения неорганических сорбентов из гальваношламов предприятий НПО «Искра» и ОАО «Телта» (г. Пермь).
Гальваношламы были использованы в качестве неорганической составляющей и имели следующие характеристики:
образец № 1 - 25 % Бе20з; 0,7 % 2п0; 2 % СиО; 0,3 % СоО; 0,3 % N10 (гальваношлам, образующийся при электрокоагуляционной очистке сточных вод);
образец № 2 - 6,3 % Бе203; 1 % 2п0; 16,6 % СаО (шлам, образующийся при очистке сточных вод методом нейтрализации);
образец № 3 - 24,1 % СиО; 7,9 % 2пО; 57,7 % СГ2О3; 7,9 % МО (гальваношлам ОАО «Телта»).
Сорбенты на основе гальваношламов получены по технологии, включающей в себя получение органо-минеральной суспензии и ее диспергирование в воду с последующим отделением гранул от водноорганической фазы и их гидротермальной обработкой. В качестве органического связующего использовали перхлорвинил и акрилатбута-диенстирол.
Сорбенты представляли собой органо-минеральные композиции, содержащие 80 % активной составляющей, обладали сорбционной активностью по отношению к ионам тяжелых металлов и высокой гидромеханической устойчивостью.
Результаты испытаний образцов сорбентов на основе гальванош-ламов при очистке кислотно-щелочных, хромсодержащих сточных вод, а также промывных сточных вод меднения НПО «Искра» представлены в табл. 1. Испытания проводили в динамическом режиме.
Таблица 1
Сорбционные характеристики материалов на основе гальваношламов
Эле- мент Концентрация исходного раствора, мг/дм3 Емкость, мг Ме/г сорбента Коэффициент распределения Ка, см3/г ГМУ, %
Кислотно-щелочные стоки (образец № 2)
2и 41,5 20,1 4,8-102 80
Со 51,8 19,1 3,7102
N1 57,8 4,1 70,9
Си 55,4 18,4 3,3102
Промывные воды химического меднения (образец № 1)
Си 35-53 65 78
Испытания в промышленных условиях показали, что сорбент на основе гальваношлама при очистке промывных вод химического меднения с концентрацией меди от 35 до 53 мг/ м3 извлекает 95 % меди. Емкость сорбента составила свыше 65 мг Си/ г, гидромеханическая устойчивость - не менее 80 %.
Наибольшая сорбционная емкость по ионам тяжелых металлов полученных сорбентов достигается при проведении очистки в интервале рН от 6,5 до 7,5. Сорбенты можно использовать в многоцикловом режиме. Десорбцию ионов осуществляли раствором состава, г/дм3: (№4)2804 - 100; М§Б04 - 20, ЭДТА - 62, рН 9.
Сопоставление характеристик полученного материала с сорбентом на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии [4] показали существенные преимущества полученного материала как по величине сорбционной емкости, так и механической устойчивости (табл. 2). Следует отметить, что на сорбенте на основе магнезиальножелезистого шлака сорбция носит необратимый характер, поэтому он используется однократно.
Таблица 2
Сравнительная характеристика сорбентов
Сорбент Поглощаемый элемент Средние концентрации, мг / дм3 Степень очистки, %
Исходный раствор Фильтрат
На основе гальваношлама Сг(ІІІ) 2,1 1,4 33
Сг(УІ) 1,9 1,0 47
Ре(ІІ) 1,6 0,4 75
N1(11) 0,15 0,02 87
Си(ІІ) 0,8 0,28 65
гп(ІІ) 0,6 0,3 50
са(ІІ) 0,3 0,1 67
На основе магнезиально-железистого шлака №(ІІ) 9,3 3,8 60
Со(ІІ) 4,9 1,5 70
Си(ІІ) 1,0 0,35 65
Таким образом, предложен метод получения сорбента на основе гальваношлама, который предусматривает возможность его утилизации и вместе с тем позволяет решить вопрос очистки сточных вод предприятия.
Были определены классы опасности гальваношламов ОАО «Тел-та» и гальваношлама НПО «Искра» после стадии гальванокоагуляции. Класс опасности отходов устанавливается по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду при непосредственном или опосредованном воздействии опасного отхода на нее в соответствии с критериями.
Таблица 3
Расчет класса опасности гальваношлама НПО «Искра» состава 25 % Бе20э; 0,7 % 2п0; 2 % СиО; 0,3 % СоО; 0,3 % N10
№ п/п Компоненты XI 21 \%Ж1 Жг а Кг
1 Железо 2,67 3,23 3,23 1698,2 175000,0 103,05
2 Кобальт 2,417 2,889 2,889 774,264 2360,0 3,05
3 Медь 2,17 2,56 2,56 358,9 16000,0 44,58
4 Никель 1,83 2,11 2,11 128,8 2357,0 18,3
5 Цинк 2,25 2,67 2,67 463,4 5617,0 12,12
И т о г о 181,1
Показатель степени опасности отхода для ОПС К = 181,1.
Показатель степени опасности отхода для ОПС К = 860,252. При этом выполняется условие 102 < К < 103, следовательно, отходы гальванических производств ОАО Пермский телефонный завод «Телта» и НПО «Искра» относятся к III классу опасности.
Изученные отходы относятся к умеренно опасным. Степень воздействия отхода на окружающую природную среду определяется как средняя, при которой экологическая система нарушается и период восстановления системы не менее 10 лет.
Сорбцию ионов Си2+ на образце № 3 проводили из модельного раствора с концентрацией ионов меди 50,7 мг/дм и производственного, представляющего собой сточные воды ОАО «Телта», поступающие на очистные сооружения.
Концентрация ионов меди в сточных водах составила 4,92 мг / дм3, концентрация ионов Бе2+ - 0,2 мг/дм3, рН 4,8.
Выходная кривая сорбции ионов меди представлена на рисунке.
В результате сорбентом было очищено более 80 колоночных объемов стоков до уровня ПДК по ионам Бе2+ и Си2+.
При сорбции из модельного раствора достигнута емкость 22,3 мг Си/ г материала. Гидромеханическая устойчивость синтезированного материала составила 78 %.
Таблица 4
Результаты расчета класса опасности отхода гальваношлама ОАО «Телта»
№ п/п Компоненты Хі 1і і%Жі Жі Сі Кі
Опасные компоненты
1 Олово 2,556 3,074 3,074 1185,97 3049,79 2,572
2 Марганец 2,3 2,37 2,73 537,0 950,76 1,771
3 Кобальт 2,417 2,889 2,889 774,264 16,32 0,021
4 Медь 2,17 2,56 2,56 358,9 17405,74 48,498
5 Ртуть 1,25 1,33 1,00 10,0 21,18 2,118
6 Вольфрам 2,75 3,333 3,333 2154,435 168,18 0,078
7 Свинец 1,46 1,61 1,52 33,1 112,53 3,400
8 Висмут 2,571 3,095 3,095 1245,197 34,32 0,028
9 Ванадий 2,2 2,6 2,6 398,107 149,14 0,375
10 Серебро 2,14 2,52 2,52 331,1 30,00 0,091
11 Стронций 2,86 3,47 3,47 2951,0 138,80 0,047
12 Барий 2,125 2,5 5,0 316,228 63,34 0,200
13 Литий 2,5 3,00 3,00 1000,0 0,65 0,001
14 Никель 1,83 2,11 2,11 128,8 4612,42 35,811
15 Хром 1,75 2,00 2,00 100,0 42841,59 428,416
16 Цинк 2,25 2,67 2,67 463,4 5772,59 12,457
17 Кадмий 1,42 1,56 1,43 26,9 108,45 4,032
18 Железо 2,67 3,23 3,23 1698,2 343954,2 202,54
19 Молибден 2,00 2,333 2,333 215,44 271,68 1,261
Неопасные компоненты
20 Бор 2,67 3,222 3,222 1668,101 681,6697 0,409
21 Магний з,п 3,815 3,815 6528,521 4716,813 0,722
22 Алюминий 3,0 3,67 3,67 4677,351 2531,824 0,541
23 Кальций 3,167 3,889 3,889 7742,637 24175,87 3,122
24 Титан 2,2 2,6 2,6 398,1072 130,0610 0,327
25 Натрий 2,75 3,333 3,333 2154,44 1640,227 0,761
26 Калий 2,833 3,444 3,444 2782,559 254,0773 0,091
27 Скандий 2,00 2,333 2,333 215,443 9,917 0,046
28 Селен 1,7 1,95 1,95 89,13 1255,175 1255,18 14,083
29 Фосфор 1,857 2,143 2,143 138,95 13399,4 96,433
И т о г о 860,252
Результаты испытаний сорбента позволили сделать следующие выводы:
1. Применение сорбента на основе гальваношлама позволяет обеспечить степень очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов до 33-95 %.
О 1000 2000 3000 4000 5000
Объем пропущенного раствора, см3 Рис. Выходная кривая сорбции меди из сточных вод ОАО «Телта»
2. Сорбционная очистка может быть использована как дополнение к уже имеющейся на предприятии реагентной схеме очистки стоков от тяжелых металлов с целью повышения ее эффективности и позволит избежать сверхнормативных сбросов окружающих веществ, приводящих к экологическим и финансовым рискам предприятия.
Таким образом, предложенный метод получения сорбента на основе гальваношлама предусматривает возможность его утилизации и вместе с тем позволяет решить вопрос очистки сточных вод предприятия.
Список литературы
1. Баркан М.Ш. Технологические и экономические аспекты утилизации гальваношламов //Экология и промышленность России. 2007. № 6.
2. Генцер И. В. Обеспечение экологической безопасности утилизации гальванических шламов путем стабилизации отходов // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1999. № 6. С. 43-46.
3. Зубарева Г. И. Утилизация шламов гальванических производств // Химическая промышленность. 1999. № 5. С. 296-298.
4. Зосин А.П., Примак Т.И. Очистка промышленных стоков от катионов никеля, кобальта, меди сорбентом на основе магнезиальножелезистых шлаков цветной металлургии // Химия и технология неорганических сорбентов: межвуз. сб. науч.тр. / Перм. политехн. ин-т. Пермь, 1980. С. 92-97.
Получено 17.06.2009
