CC BY
25
УДК 628.316.13
Кузин Е.Н., Носова Т.И., Любушкин Т.Г., Чернышев П.И.
ТИТАНСОДЕРЖАЩИЕ КОАГУЛЯНТЫ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Кузин Евгений Николаевич - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Носова Татьяна Игоревна - магистр группы МЭ - 11 кафедры промышленной экологии Любушкин Тимофей Геннадьевич- студент группы 4-21 кафедры промышленной экологии Чернышев Павел Иванович - аспирант кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20. zaicevaaleksandra95@gmail.com
Очистка сточных вод гальванического производства - сложная и актуальная задача. В рамках работы предложена технология получения комплексных титансодержащих коагулянтов в процессе восстановления некондиционных (загрязненных соединениями кремния) водных растворов тетрахлорида титана металлическим железом. Установлено положительное влияние соединений титана на эффективность процессов восстановления хрома (VI), а также на процессы седиментации и фильтрации образующихся осадков. Доказана высокая эффективность комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод от соединений хрома (VI). Подтверждена высокая перспективность применения комплексных титансодержащих реагентов в процессах очистки сточных вод. гальванического производства
Ключевые слова: комплексный коагулянт, восстановление, седиментация, соединения хрома (VI).
TITANIUM-CONTAINING COAGULANTS IN THE PROCESSES OF WASTE WATER PURIFICATION OF GALVANIZED PRODUCTION
Kuzin E. N., Nosova T. I., Lubushkin T. G., Chernishev P. I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Wastewater treatment for galvanic production is a complex and urgent task. Within the framework of this work, a technology for obtaining complex titanium-containing coagulants in the process of reducing substandard (contaminated with silicon compounds) aqueous solutions of titanium tetrachloride with metallic iron is proposed. The positive effect of titanium compounds on the efficiency of chromium (VI) reduction processes, as well as on the processes of sedimentation and filtration of the resulting sediments, has been established. The high efficiency of complex titanium-containing coagulants in wastewater treatment processes from chromium (VI) compounds has been proven. The high prospects of using complex titanium-containing reagents in wastewater treatment processes have been confirmed. electroplating Key words: complex coagulant, reduction, sedimentation, chromium (VI) compounds.
Введение
Вопросам очистки сточных вод уделяется достаточно большое внимание. Особую опасность для окружающей среды представляют сточные воды гальванического производства. Нестабильность состава, экстремально низкие (кислотные стоки) значения рН, наличие огромных концентраций тяжелых металлов (Си, N1, Сd и др.). Помимо вышеперечисленного сточные воды гальванического производства могут содержать соединения хрома (VI), крайне токсичного и обладающего канцерогенными свойствами металла. Еще одной проблемой, связанной с гальваническими стоками, являются сточные воды процессов нанесения покрытий с использованием циансодержащих электролитов.
Типовая технологическая схема очистки сточных вод включает в себя разделение потоков сточных вод на:
• Циансодержащие сточные воды
• Хромсодержащие сточные воды
• Кислотно-щелочные сточные воды
Хром содержащие сточные воды проходят стадию восстановления, циансодержащие сточные воды проходят стадию окисления цианидов до тиоцианатов, а затем все стоки смешиваются с кислотно-щелочными водами и направляются на нейтрализацию и осаждение с последующей доочисткой [1].
Одной из распространённых проблем, связанных с очисткой хромсодержащих сточных вод, является выбор наиболее удобного с технологической точки зрения реагента-восстановителя. Обычно в качестве восстановителя применяют соли сернистой кислоты (бисульфиты и сульфиты щелочных металлов) или реагенты на основе соединений железа (соли железа (II) или металлическое железо в процессах его анодного растворения или гальванокоагуляции) [23]. В последнее время стала появляться информация о высокой эффективности соединений титана (III) в качестве восстановителя [4]. Реагенты на основе соединений титана эффективны в широком диапазоне рН, требуют минимального количества восстановителя (90 % от стехиометрически
необходимого) и могут оказывать положительный эффект на дальнейшие процессы коагуляции взвешенных веществ [5-8].
Методика эксперимента
Основной целью работы является оценка возможности синтеза и использования комплексных железо-титановых реагентов в процессах очистки модельной воды от соединений хрома (VI).
Коагулянт-восстановитель получали
обработкой железной стружки 40 %-ным водным раствором тетрахлорида титана (не кондиционный, с примесью кремния) при температуре 65 - 70° С в течение 30 минут по реакции 1. Непрореагировавшую стружку отделяли
фильтрованием.
2TiCl4*nH2Ü + Fe ^ 2TiCl3*nH2Ü + FeCb*6H2Ü (1)
В качестве модельной воды брали водопроводную воду с добавкой соединений металлов в количестве 10 мг/л по Cr (VI). Содержание ионов хрома (VI) определяли на спектрофотометре DR 2800 (HACH USA) и на атомно-эмиссионном спектрометре «СпектроСкай». Содержание взвешенных веществ измеряли на турбидиметре-мутномере HANNA HI 98703 (USA). Пробную коагуляцию проводили на лабораторном флокуляторе VELP 4. Дозировки реагента подбирали по реакциям 2 и 3.
K2Cr2Ü7+6TiCl3+14HCl^CrCl3+6TiCl4+2KCl+7H2Ü
(2)
K2Cr2Ü7 + 6FeCl2 + 14HCl ^ 6FeCl3 + 2CrCl3 + +2KCl + 7H2Ü (3)
Результаты и их обсуждение.
Химический состав полученного образца комплексного коагулянта-восстановителя представлен в таблице 1.
Таблица 1.
Основной компонент TiCla FeCl2 TiCl4
Содержание в растворе, % 14,9 6,7 20.1
Из данных таблицы 1 видно, что в процессе реакции большая часть тетрахлорида титана переходит в форму Т1С13, при этом в растворе накапливаются хлориды железа (II) суммарным содержанием восстановителей до 22 % масс. В растворе также присутствует частично гидролизованный тетрахлорид титана, отвечающий за коагуляционные свойства.
Следующим этапом стала оценка эффективности полученного реагента на модельной сточной воде. В качестве образцов сравнения использовали хлорид титана (III) (ОСЧ) и хлорид железа (II) (производства Кетка). Данные по эффективности очистки (остаточные концентрации) представлены на рисунке 1.
Доза коагулянта, % от стехиометрии
Рисунок 1. Остаточные концентрации хрома (VI).
Из данных рисунка 1 видно, что образец титансодержащего коагулянта-восстановителя
позволят эффективно очищать воду от ионов хрома (VI) уже при 80 - 90 % от стехиометрического количества, что объясняется в первую очередь параллельно протекающими реакциями
восстановления (хлорид титана (III) и железа (II)) и коагуляции (тетрахлорид титана, треххлористый титан и треххлористое железо).
При визуальном наблюдении было отмечено, что добавка соединений титана к соединениям железа позволяет повысить скорость осаждения и фильтрации образующихся коагуляционных шламов. Данные по скорости фильтрации и седиментации осадков представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Параметры процесса седиментации и
Реагент Скорость фильтрации, мл/мин Время осаждения, сек
TiCl3 50 112
FeCl2 55 93
ККВ 74 65
Из данных таблицы 1 видно, что добавка соединений титана к традиционным коагулянтам позволяет увеличить скорость осаждения и фильтрации осадков примерно на 20 %. Наблюдаемые явления объясняются процессами специфичного гидролиза солей титана с образованием продуктов с развитой поверхностью [9-10].
Заключение.
В результате экспериментов было установлено, что комплексные коагулянты восстановители полученные на основе некондиционного тетрахлорида титана по своей
эффективности превосходят традиционные реагенты в процессах очистки сточных вод гальванического производства от соединений хрома (VI). Внедрение комплексных титансодержащих реагентов позволит значительно повысить эффективность очистки и сделать шаг к организации оборотного водоснабжения [11-13]
Список использованной литературы
1. Виноградов С.С.. «Экологически безопасное гальваническое производство» - Изд. 2-е, перераб. и доп.; "Глобус". М., 2002. - 352 с.
2. Vemula Madhavi, Ambavaram Vijay Bhaskar Reddy, Kalluru Gangadhara Reddy, Gajulapalle Madhavi et.al. An overview on research trends in remediation of chromium // Research Journal of Recent Sciences. -2013. -Vol.2 (1). -Р. 71-83.
3. Prasad P., Das C., Golder A. Reduction of Cr(VI) to Cr(III) and removal of total chromium from wastewater using scrap iron in the form of zerovalent iron (ZVI): Batch and column studies // Can. J. Chem. Eng.. 2011. (89). No6. Р/ 1575-1582. 37.
4. 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. 2954-2957
5. Shon H., Vigneswaran S., Kandasamy J., Zareie M., Kim J., Cho D., Kim J.H., Preparation and characterization of titanium dioxide (TiO2) from sludge produced by TiCl4 flocculation with FeCl3, Al2(SO4)3 and Ca(OH)2 coagulantaids in wastewater, Sep. Sci. Technol. 44 (2009) P. 15251543 doi.org/10.1080/01496390902775810
6. Измайлова, Н.Л. Исследование коагулирующей способности композиционных коагулянтов на основе солей титана и алюминия по отношению к компонентам бумажной массы / Н.Л.
Измайлова // Тезисы конференции XVII МЭСК -2012 «Экология России и сопредельных территорий». Том 1.: Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2012. - С. 109 - 110.
7. Kuzin E. N., Krutchinina N. E. Purification of circulating and waste water in metallurgical industry using complex coagulants // CIS Iron and Steel Review — Vol. 18 (2019), pp. 72-75
8. Кузин Е.Н., Аверина Ю. М., Курбатов А. Ю, Сахаров П. А, Очистка сточных вод гальванического производства с использованием комплексных коагулянтов-восстановителей // Цветные металлы. Москва 2019. N10.- С.91-96
9. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов -М.: ИКЦ «Академкнига». 2007.
10. Wang T.-H., Navarrete-Lopez A.M., Li S., Dixon D.A., Gole J.L. Hydrolysis of TiCl4: Initial steps in the production of TiO2. J. Phys. Chem. A. 2010. V. 114 (28). pp. 7561-7570. DOI: 10.1021/jp102020h.
11. Аверина Ю.М., Калякина Г.Е., Меньшиков В.В., Капустин Ю.И., Болдырев В.С. Проектирование процессов нейтрализации хромо- и циансодержащих сточных вод на примере гальванического производства//Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. 2019. № 3 (84). С. 70-80.
12. Капустин Ю.И., Калякина Г.Е., Аверина Ю.М., Зверева О.В. Экономический расчет реагентного метода очистки сточных вод гальванических производств//Успехи в химии и химической технологии. 2018. Т. 32. № 8 (204). С. 63-64.
13. Комягин Е.А., Мынин В.Н., Ляпин И.Ф., Аверина Ю.М., Лопатюк Ю.Ю., Терпугов Г.В., Терпугов Д.Г. Пути решения проблемы очистки сточных вод от тяжелых и радиоактивных металлов // Экология и промышленность России. 2008. № 11. С. 21-23.
