CC BY
2
УДК 544.6
Тхан Зо Хтай., Хейн Тху Аунг., Канделаки Г.И., Конькова Т.В.
ВЛИЯНИЕ ПАВ НА ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННУЮ ОЧИСТКУ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА, АЛЮМИНИЯ И ХРОМА
Тхан Зо Хтай - аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Хейн Тху Аунг - к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов Канделаки Галина Ильинична - к.х.н. центр коллективного пользования, РХТУ имени Д.И. Менделеева, Конькова Татьяна Владимировна - доктор технических наук, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; kontat@list.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
В данной статье представлено исследование, посвящённое очистке сточной воды от соединений железа, алюминия и хрома в присутствии поверхностно-активных веществ различной природы (катионных, анионных и неионогенных) методом электрофлотации. В результате было установлено, что степень извлечения при использовании анионного ПАВ додецилсульфата натрия максимальна и составляет 95-98%, что свидетельствует об эффективности процесса электрофлотационного извлечения. Процесс фильтрации, следующий за электрофлотацией позволяет увеличить степень очистки от дисперсной фазы на 99%. Ключевые слова; Сточные воды, электрофлотация, ионы железа, алюминия, хрома, ПАВ.
THE EFFECT OF SURFACTANTS ON THE ELECTROFLOTATION TREATMENT OF WASTEWATER FROM IRON, ALUMINUM AND CHROMIUM COMPOUNDS
Than Zaw Htay., Hein Thu Aung., Kandelaki G.I., Konkova T.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of, Moscow, Russian Federation.
125480, Moscow, st. Geroev Panfilovtsev, 20.
This article presents is investigated on the purification of wastewater from iron, aluminum and chromium compounds in the presence of surfactants of various natures (cationic, anionic and nonionic) by electroflotation. As a result, it was found that the degree of extraction using sodium dodecyl sulfate anionic surfactant is maximum and amounts to 95-98%, which indicates the effectiveness of the electroflotation extraction process. The filtration process following electroflotation allows to increase the degree of purification from the dispersed phase by 99%. Keywords; Wastewater, electroflotation, iron, aluminium, chromium ions, surfactants.
Введение
Гальваническое производство получило широкое распространение за счет разнообразия технологических процессов, состава используемых растворов и электролитов. Промышленные гальванические сточные воды представляют особую экологическую опасность из-за содержания токсичных веществ (в основном ионов тяжелых металлов). Кислотные и щелочные сточные воды включают следующие загрязнения: анионы С1-, Б042-, ОН-, N03% и катионы №+, К+; Бе3+, А13+, Сг3+ и др, а также большое количество различных поверхностно-активных веществ (ПАВ) различной природы и другие загрязнения. Электрофлотация является эффективным методом очистки сточных вод о загрязнений различных типов. Для повышения эффективности процесса удаления коллоидных частиц дисперсной фазы в сточные воды добавляют различные органические или неорганические соединения или их смеси. Такая обработка изменяет поверхностные свойства взвешенных частиц дисперсной фазы, в частности, значение ^-потенциала, который является своего рода индикатором процесса коагуляции и эффективности воздействия вводимых добавок. В этом случае ^-потенциал становится равным нулю, наблюдается изоэлектрическая область, в которой возможно наиболее полное удаление частиц твёрдой фазы методом электрофлотации.
Сущность метода электрофлотации заключается в образовании мелкодисперсных пузырьков газа, равномерно распределяющихся в объеме загрязненной жидкости. Образованные пузырьки за счет большой подъемной силы поднимаются вверх и, сталкиваясь с загрязняющими частицами, прилипают к ним, образуя флотокомплекс, затем флотируют на поверхность раствора, образуя трехфазную пену. При пропускании электричества через раствор помимо образования пузырьков газа происходят процессы электролиза, поляризации частиц и электрофорез[1]. При проведении электролиза воды основные электрохимические процессы в электрофлотационной установке следующие: Нейтральная и кислая среда (рН<7):
Анод: ЗН2О = /02| + 2НзО++2е (1)
Катод: 2НзО++ 2е = + 2Ш0 (2)
На аноде происходит разряд молекул воды с образованием газообразного кислорода и ионов гидроксония.
На катоде имеет место разряд ионов гидроксония с образованием газообразного водорода и молекул воды. Щелочная среда (рН>7):
Анод: 20Н- = /02| + Н2О + 2е (3)
Катод: 2Ш0 + 2е = + 20Н (4)
На аноде происходит разряд гидроксил-ионов с образованием газообразного кислорода и молекул воды, на катоде имеет место разряд молекул воды с образованием газа водорода и гидроксилионов.
В некоторых случаях при электрофлотации происходит катодное восстановление и анодное окисление органических и неорганических веществ, находящихся в сточных водах. Этот процесс приводит к образованию малотоксичных или нетоксичных продуктов.
Весьма актуальной задачей для с точки зрения экологии является обезвреживание стоков, содержащих ионы тяжёлых металлов. В работе рассмотрено влияние природы частиц дисперсной фазы, фонового электролита, используемых ПАВ на эффективность электрофлотационного извлечения частиц дисперсной фазы труднорастворимых соединений железа, алюминия и хрома.
Схема лабораторной электрофлотационной установки описана в литературе[2].
Исследования проводили на модельных растворах, содержащих Бе+3, А1+3, Сг+3 с концентрацией по 30 мг/л каждого элемента, а также поверхностно-активные вещества катионной природы дидецил-диметиламмноний хлорид (ХЭП - 70), анионной природы додецилсульфат натрия (ЫаДДС) и неионогенной смесь первичных оксиэтилированных синтетических спиртов (АЛМ - 10) с концентрацией 5 мг/л. В качестве электролита для создания постоянной ионной силы применяли Ка2304 с концентрацией 1 г/л. Исследования проводили при рН 7.
Эффективность электрофлотационного процесса оценивали по степени извлечения дисперсной фазы а
а =
-.100%,
(5)
где Сисх, - исходная концентрация Fe+3, А1+3, Сг+3 в объеме раствора мг/л. Скон - конечная концентрация Бе+3, А1+3, Сг+3 в объеме раствора мг/л.
Концентрацию ионов железа, алюминия и хрома определяли атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра Квант-АФА (КОРТЭК, Россия) в центре коллективного пользования РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Экспериментальные результаты влияния ПАВ на эффективность электрофлотационного извлечения смеси гидроксидов железа, алюминия и хрома приведены на рисунке 1.
В ходе экспериментальных исследований были изучены зависимости степени извлечения смеси гидроксидов железа, алюминия и хрома от природы поверхностно активных веществ (рис. 1). В отсутствии ПАВ (рис 1. (а)) степень извлечения дисперсной фазы составляет порядка 80% уже через 5 минут. Введение катионного ПАВ в модельные растворы, как видно из представленных данных (рис 1(б)), приводит к повышению степени извлечения только хрома(кривая 3) и алюминия (кривая 2), степень извлечения железа снижается почти в два раза (кривая 1), процесс извлечения которого протекает медленно и максимальная степень извлечения (50%) наблюдается через 20 мин флотации.
(в) (г)
Рис.1 Кинетические кривые электрофлотационного извлечения смеси гидроксидов железа, алюминия и хрома в присутствии поверхностно активных веществ; (а) без добавок, (б) катионное ПАВ, (в) анионное ПАВ, (г) неионогенное ПАВ 1- Ее(ОН)з; 2 - А1(ОН)3; 3- Сг(ОИ)3;
Проведённый анализ показал, что добавление в систему анионные ПАВ (рис 1.(в)) улучшает электрофлотационный процесс, при этом степень извлечения дисперсной фазы достигает не менее 95%.
Установлено, что при наличии неионогенного ПАВ в стоках процесс электрофлотации затруднен, что приводит к снижению эффективности электрофлотационного извлечения гидроксидов железа, алюминия и хрома: чтепень очистки составляет 55% для железа, 57% для алюминия и 18% для хрома.
Дополнительная фильтрация сточной воды после процесса электрофлотации позволяет дополнительно очистить раствор от дисперсной фазы. В таблице 1 представлены результаты сравнительного
исследования очистки раствора методом электрофлотации в течение 20 минут с последующей фильтрацией.
Как видно из представленных в таблице 1 данных, степень электрофлотационного извлечения гидроксида железа уменьшились с 87% до 54% - 55% в присутствии ПАВ (ХЭП - 70 и АЛМ - 10) и алюминия с 83% до 57% в присутствии АЛМ - 10. Последующая фильтрация для железа и алюминия позволяют достичь значения 58% - 62% в присутствии АЛМ - 10. В этом случае степень электрофлотационного извлечения хрома
значительно уменьшается с 88 до 18 в присутствии АЛМ - 10. Последующая фильтрация пробы позволяет достичь значения 90%. Низкая степень извлечения хрома связана с большим размером частиц гидроксида хрома и невозможностью их флотации пузырьками кислорода и водорода. Наличие же в модельном растворе №ДДС не оказывает влияния на электрофлотационный процесс извлечения гидроксидов железа, алюминия и хрома.
Таблица 1. Электрофлотационное извлечение гидроксидов железа, алюминия и хрома в присутствии _поверхностно- активных веществ различной природы
Время, мин a, %
Fe(OH)3 Al(OH)3 Cr(OH)3
ХЭП-70 №ДДС АЛМ-10 ХЭП-70 №ДДС АЛМ-10 ХЭП-70 №ДДС АЛМ-10
20 54 90 55 97 87 57 87 97 18
20+фильт-я 88 91 58 98 91 62 90 99 90
Заключение
Исследования показали, что природа ПАВ оказывает влияние на эффективность электрофлотационного извлечения гидроксидов железа алюминия и хрома из смеси их компонентной системы. Наличие преимущественно анионного в стоках приводит к повышению степени извлечения гидроксидов до 90-98%. Неионогенное ПАВ снижает эффективность процесса извлечения гидроксидов, при этом степень извлечения достигает не более 50%. Действие катионного ПАВ неоднозначно: эффективность алюминия и хрома повышается, а железа - снижается.
Список литературы
1. Gessica de O Santiago Santos., Marilia M.de Salles Pupo., Vanessa M.Vasconcelos., Katlin I.Barrios Eguiluz., Giancarlo R.Salazar Banda. Chapter 4 -Electroflotation. Electrochemical Water and Wastewater Treatment 2018, P. 77-118.
2. Than Zaw Htay, Kolesnikov V.A., Kon'kova T.V., Thu Aung Hein, Kolesnikov A. V. Extraction of Aluminum Hydroxide from Aqueous Chloride Solutions in the Presence of Hardness Salts and Surfactants of Various Nature // Russian Journal of Applied Chemistry, 2021, V. 94, №. 9, Р. 1216-1221.
