CC BY
6
УДК 339.138:628.477.6
Строилов А.М., Щербакова Г.А., Колесников В.А.
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МАГНИЯ, КАЛЬЦИЯ, БАРИЯ НА ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОЛИОКСИХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ В ПРИСУТСТВИИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Строилов Андрей Михайлович, студент 4 курса бакалавриата кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; e-mail: andrestr.ru1@mail.ru
Щербакова Галина Александровна, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
В данной статье представлено исследование, посвящённое очистке сточной воды от соединений алюминия и ионов щелочноземельных металлов (Mg2+, Ca2+, Ba2+) в присутствии поверхностно-активных веществ анионной природы методом электрофлотации. Проведён сравнительный анализ влияния указанных компонентов на эффективность электрофлотационного извлечения соединений алюминия.
Ключевые слова: электрофлотация, очистка воды, экология, поверхностно-активные вещества (ПАВ), полиоксихлорид алюминия, соли кальция, магния, бария
EFFECT OF MAGNESIUM, CALCIUM, AND BARIUM IONS ON ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF ALUMINUM POLYOXYCHLORIDE IN THE PRESENCE OF SURFACTANTS
Stroilov A.M., Shcherbakova G. A., Kolesnikov V.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article presents a study devoted to the purification of waste water from aluminum compounds and alkaline earth metal ions (Mg2+, Ca2+, Ba2+) in the presence of anionic surfactants by electroflotation. A comparative analysis of the influence of these components on the efficiency of electroflotation extraction of aluminum compounds is carried out.
Keywords: electroflotation, water purification, ecology, surfactants (surfactants), aluminum polyoxychloride, salts of calcium, magnesium, barium
Очистка сточных вод промышленных Сущность электрофлотационного метода
предприятий является одной из самых актуальных заключается в подъёме флотокомплексов на
проблем наших дней. поверхность жидкости пузырьками газообразного
Существует большой спектр методов очистки водорода и кислорода, образующихся при
сточных вод от различных загрязнений. [1, 2, 3] Так, электролизе сточной воды. В качестве анодов
например, на предприятиях цветной металлургии используют электрохимически нерастворимые
образуются сточные воды, химический состав электроды, состоящие из смешанных оксидов титана
которых определяется видом перерабатываемого и рутения TiO2 - RuO2.
сырья и технологией его обработки. Наиболее Данный метод эффективен при совместном
характерными и опасными загрязнителями сточных использовании с коагулянтами различной природы. В
вод выступают ионы цветных и тяжёлых металлов, а данной работе был исследован алюминиевый
также красители и смывки. Часто, в качестве коагулянт UltraPAC. В зависимости от pH
реагентов для формирования труднорастворимых гидроксохлорид алюминия формирует соединения,
осадков, в сточные воды добавляют гидроксиды обеспечивающие эффективную адсорбцию
магния, кальция и бария, несмотря на то, что это загрязнений на высокоразвитой внутренней
приводит к увеличению общего солесодержания поверхности, очищая воды от большинства
очищенной воды и затрудняет ее использование в загрязнений уже на первом этапе очистки.
оборотных системах водоснабжения предприятий. В качестве показателя эффективности
В последнее время становятся всё более процесса была выбрана степень извлечения
популярны флотационные и электрохимические полиоксихлорида алюминия а, %:
методы очистки техногенных отходов. Одним из них а — Сисх-Скон * 100%
является электрофлотационный метод. Благодаря „ „ Сисх
, , где Сисх, Скон — соответственно исходная и
высокой эффективности процесса, низким
конечная концентрация дисперсной фазы в водной энергозатратам, простоте конструкции установки, с е е г/м3
возможности автоматизации и отсутствия вторичного среде гмм
, Установлено, что влияние ионов кальция
загрязнения воды электрофлотация внедряется в
является отрицательным, а введение анионного очистные сооружения по всему миру. 14, 5, 61 „„л , ,
поверхностно-активного вещества СТМл (сырые
талые масла лиственные) повышает эффективность процесса очистки воды от ионов алюминия.
Проведённый анализ показал, что добавление в систему ионов кальция значительно подавляет электрофлотационный процесс, снижая степень извлечения с 82% до 35%. Введение в систему анионного ПАВ улучшает процесс извлечения полиоксихлорида алюминия, увеличивая
эффективность процесса до 99% при фоновом электролите №01. (табл.1)
Табл. 1 Влияние солей жёсткости Са2+ на ЭФ процесс извлечения коагулянта Л1(ОЫ)2С1
т, мин а,% СаС12
СаСЪ - 0 СаСЪ - 0,1 г/л СаСЪ - 0,1 г/л +ПАВа
5 20 5 14
10 70 7 70
20 82 35 99
Условия эксперимента: с(А13+) - 50 мг/л, с(Са2+, - 100 мг/л, с^аС1) - 1г/л, с(аПАВ (СТМл)) - 5 мг/л, Jv -0.4 А/л, рН - 7
Аналогичные эффекты наблюдаются для концентрации коагулянта 100 мг/л. Отрицательное влияние Са2+ на электрофлотационный процесс связано с их адсорбцией на гидроксидных осадках Л1(ОЫ)3 и увеличении величины ^-потенциала осадка. В растворах №С1 без добавления ионов Са2+ Л1(ОЫ)2С1 при рН=7 составляет +6 мВ, размер частиц 31 мкм.
Исследовано влияние ионов магния на эффективность процесса электрофлотации. Как показал эксперимент (рис. 2), ионы магния также подавляют процесс, снижая степень извлечения с 82% до 13%. Добавление СТМл позволяет добиться более высокой степени очистки - 74%, в то время как для Са2+ эта величина составляет 99%.
90 80 70 60 50 40 30 20 10 О
10
20
т, мин
Рисунок 2. Влияние солей жёсткости на ЭФ процесс извлечения коагулянта Al(OH)2Cl Условия эксперимента: с(А13+) - 50 мг/л, c(MgCl2) -100 мг/л, с(М^С1) - 1г/л, с(аПАВ (СТМл)) - 5 мг/л, Л - 0.4 А/л, рН - 7
1- е(МёСЬ) - 0 мг/л, 2- сМ^СЪ) - 100 мг/л, 3- сМ^СЪ) - 100 мг/л + аПАВ
Проанализировали влияние ионов бария на эффективность извлечения полиоксихлорида алюминия. Как видно из рис. 3 ионы бария подавляют процесс электрофлотации, понижая степень извлечения с 82% до 26%. Введение анионного ПАВ позволяет добиться высокой эффективности процесса - 95%.
100
ч?
гл ■
г:
во
40
20
10 г, мин го
Рисунок 1. Степень электрофлотационного извлечения А1(ОН)С1 в присутствии хлорида бария Условия эксперимента: с(А13+) - 50 мг/л, с(БаСЬ) - 100 мг/л, с(ЫаС1) - 1г/л, с(аПАВ (СТМл)) - 5 мг/л, Jv
- 0.4 А/л, рН - 7
1- с(БаСЬ) - 0 мг/л, 2- с(БаСЬ) - 100 мг/л, 3- с(БаСЬ) -100 мг/л + аПАВ
Анализ влияния ПАВ на
электрофлотационное извлечение композиции Л1(ОЫ)2С1-ПАВ приведён в работе [7].
Интерес к влиянию (Mg2+, Са2+, Ба2+) на электрофлотационный процесс извлечения Ре(ОЫ)3, обсуждается в работе [8].
Таким образом, в ходе проведённых экспериментальных исследований было установлено, что ионы щелочноземельных металлов (магния, кальция, бария) в значительной степени подавляют процесс очистки модельных сточных вод. В то же время добавление анионного поверхностно-активного вещества в систему способствует адсорбции ПАВ на его поверхности, что делает её более гидрофобной, повышая степень электрофлотационного извлечения до 95-99% в ряде случаев.
Список литературы
1. Шуленина З.М., Багров В.В., Десятое А.В., Зубков А.А., Камруков А.С., Колесников В.А., Константинов В.Е., Ксенофонтов Б.С., Новиков Д.О. Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность // Москва: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. 401 с.
2. Колесников А.В., Ильин В.И., Колесников В.А. Методы очистки сточных вод гальванохимических производств. Ч2. Оборудование и технологии обработки воды на промышленных объектах гальванохимического
производства // Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева 2018. 204 С.
3. Колесников В.А., Ильин В.И., Бродский В.А., Колесников А.В. Электрофлотация в процессах водоочистки и извлечения ценных компонентов из жидких техногенных отходов. Обзор. Часть 1 // Теор. Основы хим. технологий. 2017. Т. 51. №4. С. 1-16.
4. Колесников В.А., Ильин В.И., Колесников А.В. Электрофлотация в очистке сточных вод от нефтепродуктов, красителей, пав, лигандов и биологических загрязнений. Обзор. Часть 2 // Теор. Основы хим. технологий. 2019. Т. 53. №2. С. 205-228.
5. Ksenofontov B.S. Wastewater treatment: Flotation kinetics and flotation machines: Monograph. Moscow: ID "FORUM": INFRA-M. 2020. 256 p.
6. Chen G. Electrochemical technologies in wastewater treatment. Separation and Purification Technology. 2004. Vol. 38(1). pp. 11-41.
7. Kolesnikov A.V., Meshalkin V.P., Davydkova T.V., Kolesnikov V.A. Scientific and Technological Foundations of Improvement of the Resource Efficiency of Electroflotation Recovery of Poorly Soluble Inorganic Compounds (Oxides, Carbides, Hydroxides) from Aqueous Electrolyte Solutions // Doklady Physical Chemistry. 2020. Vol. 494(1). pp. 133-138. DOI:10.1134/S001250162009002X
8. Than So Htay, Maslyannikova D.V., Kheyn T.A., Kolesnikov V.A. Effect of magnesium, calcum, barium ions on the recovery of iron (III) hydroxides by electroflotation. Water: Chemistry and Ecology. 2019. № 10-12. pp. 80-85.
