Сорбционные материалы с использованием роторных шлаков и применение их для очистки воды Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Д иМУЕВБУМ:

№2(71)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_февраль, 2020 г.

СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОТОРНЫХ ШЛАКОВ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Нуруллаев Шавкат Пайзиевич

профессор, Ташкентский химико-технологический институт,

Республика Узбекистан, г. Ташкент

Рузматов Икром

доцент, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Саидмирзаева Дилноза Бакдурдиевна

ассистент, Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан, г.Джизак

SORPTION MATERIALS USING ROTOR SLUGS AND THEIR USE FOR PURIFICATION OF WATER

Shavkat Nurullayev

Candidate of Chemical Sciences, Professor, Tashkent Chemical-Technological Institute,

Republic of Uzbekistan, Tashkent

Ikrom Ruzmatov

Associate Professor, Tashkent Chemical-Technological Institute,

Republic of Uzbekistan, Tashkent

Dilnoza Saidmirzayeva

Assistant, Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Jizzakh

АННОТАЦИЯ

В данный работе показана возможность использования роторного шлака (отхода) аккумуляторного завода г. Джизака в качестве сорбционного материала после проведения ферритазации исходного вещества.

ABSTRACT

In the article the possibility of using rotar slag (waste) of Jizzakh battery plant as a sorption material after ferritization of the basic substance is shown.

Ключевые слова: феррит, очистка, ионы тяжелых металлов, сорбция, водопоглощение, эффективность очистки, сорбционная емкость, ферритазация, термогравиметрия, модельные растворы.

Keywords: ferrit; purification; heavy-metal ions; sorption; water absorption; purification efficiency; sorption capacity; ferritization; thermogravimetry; standardized test solution.

Введение. С промышленных объектов государств СНГ и в том числе в нашей республики в окружающую среду попадает в определенном количестве загрязняющие вещества, наиболее распространенными из которых является ионы некоторых металлов, а также нефть и нефтепродукты, которые являются опасными токсическими веществами для окружающей среды [1 -2].

Поэтому уменьшение загрязнения окружающей среды зависит от степени усовершенствования и модернизации сушествуюших технологических процессов и ускорение внедрения разработанных новых современных научных достижений по очистке

сточных вод промышленных отходов, считается актуальной задачей.

В этом отношении из наиболее приемлемым и самым эффективным способом очистки сточных промышленных вод является сорбционный метод. Сорб-ционный метод обладает рядом преимуществ, таких как - очистка водных объектов до требуемой концентрации загрязнений (ПДК) и возможность десорбции с повторным использованием сорбционного материала в промышленной технологии [3].

В качестве сорбционных материалов используют отходы различных производств, с помощью которых

Библиографическое описание: Нуруллаев Ш.П., Рузматов И., Саидмирзаева Д.Б. Сорбционные материалы с использованием роторных шлаков и применение их для очистки воды // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 2(71). URL: http://7universum. com/ru/tech/archive/item/8 761

№ 2 (71)

получают дешевые сорбенты с уникальными свойствами для применения в процессах водоподготовки и очистки сточных вод.

С применением сорбционных методов очистки сточных вод от различных примесей одновременно решается острая экологическая проблема утилизации отходов. Поэтому исследования в области создания магнитных сорбционных материалов для промышленности являются приоритетным направлением, так как такие сорбенты предполагают технологичность их использования, в частности, возможность нанесения на загрязненную примесями поверхность воды или в ее объем с последующим извлечением с помощью метода магнитной сепарации. В данной работе изучена возможность получения сорбционных материалов на основе отходов выделяющиеся в виде шлаков аккумуляторного завода г.Джизака Республики Узбекистан, для очистки сточных промышленных вод от различных примесей.

Объекты и методы исследования. Для опытов приготовлены модельные растворы, содержащие различные концентрации ионов некоторых тяжелых металлов, нефтепродукты и другие примеси. Полученные результаты на модельных растворах опробованы на сточных водах предприятия г.Джизака, содержащие Cu(II), Fe(II), Fe(Ш) и нефтепродукты. С использованием роторных шлаков аккумуляторного завода (г.Джизак) приготовлены сорбционные мате-риалы: порошкообразный ферритизированный композиционный сорбционный материал, на основе роторных шлаков, с довабкой парафина и госсиполовой смолы.

Для установления значения водопоглощения, полученные образцы сорбционных материалов взвешивались и помещались в испытательный сосуд объемом 1 дм3, заполненный на половину водой. Для создания волнения в водо содержащемся емкости его устанавливали на перемешивающее устройство марки ЛАБ-ПУ-02. В этом случае скорость перемешивания составляла 120 циклов в минуту при амплитуде колебания воды 3-4 см. Через 15 минут образцы извлекались, взвешивались и на основе полученных данных рассчитывалось степень водопоглащения (ВП, г/г) по формуле приведенном в [4]:

ВП-Мср°б-Мс (1)

МС

где Мс-начальная масса сухого сорбента, гр;

Мсорб.-масса сорбента с поглощенной водой, гр.

Эффективность процесса очистки (Э, %) водных модельных систем сточных вод с приготовленными сорбентами рассчитывалось по формуле (2):

Э=Сн-Ср*100%, (2)

СН

где Сн-начальная концентрация, мг/дм3

Ср-равновесная концентрация, мг/дм3

Сорбционная емкость разработанных сорбцион-ных материалов (СМ, мг/г; г/г) определялась по формуле (3):

февраль, 2020 г.

СМ = (СН-Ср^-Г" (3)

™сорб.

где Сн,Ср-начальная и равновесная концентрация,, мг/дм3

Ур-ра-объем раствора, см3 или дм3;

Мсорб.-масса сорбента, гр.

Результаты и их обсуждение. Образование и накопление роторных шлаков в определенной степени представляют собой важнейшую экологическую проблему г.Джизака, так как этот промышленный отход является токсичным побочным продуктом. С помощью элементного анализа, найдено, что роторный шлак порошкообразный твердый осадок с влажностью 5-8 % и его токсичность обусловлены наличием в составе ионов некоторых тяжелых металлов в следующем содержание (%): Fe-30.0; Si-5.0; Al-0.3; №-15.0; Pb-2.5; ^-0.04. Их концентрация в роторном шлаке может изменяться в зависимости от исходного состава технологического процесса на аккумуляторном заводе.

Потенциальную угрозу при хранении эти отходы роторного шлака представляют из-за возможности высвобождения ионов некоторых тяжелых металлов и их дальнейшей попадание в почву, грунтовые воды и по всей окружающей среде в целом. По причине отсутствия специально оборудованных полигонов для складирования роторного шлака, аккумуляторный завод вынужден хранить эти отходы на своей территории, занимая действующие площади, которых с каждым годом становится все больше. Утилизация на сегодняшний день составляет около 2-3% при общем объеме их образования в 2-8 млн. тонн в год по масштабам Республики Узбекистан.

Поэтому использование роторного шлака как вторичного материального ресурса, значительно снизит нагрузку на окружающую среду и позволит получить новый продукт в виде композиционного сорбента. Примененный роторного шлака аккумуляторного завода, образующийся из ванн травления, активации и подготовки стержней (удаление с поверхности железных деталей тончайшего слоя окислов при протравливании верхнего слоя материала-металла стержня) представляет собой порошкообразную массу черного цвета (рис.1.)

Рисунок 1. Роторный шлак

Рентгенофазным методом анализа (РФА) определялся качественный состав исходного роторного шлака на процентного содержания присутствующих в этом шлаке элементов. Анализ этих данных пока-

А1

im

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

№ 2 (71)

зали, что в наибольшем процентном соотношении содержится ионы Бе (11)-30,0%; №-15,0%; 81-5,0%; РЬ(11)-2,0%, также в шкале в незначительном качестве присутствуют: №, Sb, Mo, Zn, Ag, Cr, Ti, V, Mn, Ba, P, Al. Наличие ионов Бе в роторном шлаке позволяет получить магнетит и ферриты, что обусловливает появление магнитных свойств у роторного шлака.

Процесс ферритизации роторного шлака протекает в щелочной среде при температуре 75-900С в двух стадиях и при этом получается порошкообразный сорбционный материал с магнитными свойствами [5].

На первом этапе при добавлении к суспензии роторного шлака образуются смешанные гидроксиды Бе (II). В результате последующего окисления воздухом, происходит образование ферритов -№^3-^4.

февраль, 2020 г.

Для ферритизации роторного шлака Джизакского аккумуляторного завода определены следующие основные параметры: рН=9-11; 1=70-850С; к=m(Fe+2)/m(роторный шлак)=0,35-критерий ферритизации (доза ионов Fe+2, которая необходима для обезвреживания определенной массы твердой фазы роторного шлака); Топыта = 40-120 мин.; реакционная смесь перемешивается в турбулентном режиме. Получаемые вещества нерастворимы в воде и очень мало растворяется в концентрированной НС1. Эти свойства обуславливает их возможное попадание в окружающую среду и вызовет значительный ущерб в отличие от исходного роторного шлака.

Проведен термогравиметрический анализ (ТГА) роторного шлака. Результа-ты представлены в табл. 1.

Таблица 1.

А1

im

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Термогравиметрический анализ исходного роторного шлака

Состав Основная стадия термолиза Потери массы в % при температурах, 0с

Тн-Тк Т 1 мах 100 250 300 400 500 600 700 800 900 1000

Роторный шлак 20 - 250 100 8 28 33 40 43 49 52 53 55 58

На основании проведенных исследований установлено, что максимальная потеря массы роторного шлака происходит при 1=900-10000С и составляет 4958%. На начальном этапе нагревания до 1=2500С наблюдается эндотермический эффект, что соответствует области выделения кристаллизационной воды. При температуре выше 7000С, образуется стабильная фаза исходного материала и это согласуется с литературными данными приведенными в [1].

С ростом температуры происходит увеличение активности реакционной смеси в процессах твердофазного взаимодействия, а также интенсифицируется массоперенос и инициируются процессы, которые имеют диффузионный характер.

Эффективность очистки водных модельных

Сорбционные свойства ферритизированных роторных шлаков Джизакского аккумуляторного завода исследованы на модельных водных растворах, содержащих ионы металлов Бе (II), Бе(Ш), Си(11), РЬ(11), которые часто встречаются в сточных водах промышленных объектах региона. В таблице-2 приведены результаты опытов по определению эффективности очистки водных модельных растворов от ионов некоторых тяжелых металлов.

На основе приведенных данных в табл.2 выявлена, что степень очистки сточных вод от ионов некоторых тяжелых металлов с применением феррити-зированных роторных шлаков составляет 91-98,0%.

Таблица 2.

оров от ионов некоторых тяжелых металлов

Малы тяжелых металлов Сн,мг/дм3 Ср,мг/дм3 Э,% ПДК*, мг/дм3

Fe(II) и Fe(III) 1,19 0,02 98,3 0,3

Na 4,40 0,16 96,4 1,0

Pb(II) 0,65 0,05 92,3 0,1

Cu(II) 0,85 0,08 91,0 0,2-0,3

*-значение ПДК для вод хозяйственно-питьевого назначения.

Заключение. Таким образом, на основе проведённых исследований можно заключить, что на основе промышленных отходов таких как роторных шлаков Джизакского аккумуляторного завода, воз-

можно получить сорбционный материал и эффективность сорбционной очистки ионов некоторых тяжелых металлов водных модельных растворах составляет 91-98%.

Список литературы:

1. Белинков С.Е. Водоподготовка, -М: «Акватерим», 2007., -231стр

№ 2 (71)

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

февраль, 2020 г.

2. Бухарова Е.А. Сорбционные материалы на основе отходов поли этилентерефталита и соединений графита для очистки сточных вод: дисс... канд. Техн. Наук: 05,17,06, Саратов, 2015. -161стр.

3. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производства.,-М., Глобус, 1998, -302стр.

4. Климов Е.С., Бузаева М.В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. Ульяновск, Ул.ГТУ, 2011. -201стр

5. Климов Е.С., Семенов В.В., Завальцева О.А. и др. Применение ферритизированных гальванических шламов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, Современные наукоемкие технологии. 2004. -№2.-стр. 65-66.