CC BY
15
УДК 546.56;546,47;546.72;546.6
Щербакова Л.А., Колесников А.В, Колесников В.А.
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО - АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И КОАГУЛЯНТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ ОУ-Б ИЗ СТОЧНЫХ ВОД
Щербакова Лариса Александровна, магистрант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, РХТУ им. Менделеева, Москва.
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ТНВ и ЭП
Колесников Артём Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник Технопарка «Экохимбизнес 2000+» РХТУ
имени Менделеева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 +7(915)055-58-03 lara.sherbakova@gmail.com
Изучена эффективность электрофлотационного извлечения углеродного материала из водного раствора. Изучена роль ПАВ и коагулянтов в присутствии фонового электролита. Установлено, что при добавлении поверхностно-активного вещества марки NaDDS совместно с коагулянтом (AlCl3) степень извлечения угля марки ОУ-Б составляет 96%, что свидетельствует об эффективности процесса электрофлотационного извлечения.
Ключевые слова: Электрофлотация, активированный уголь, сорбция, фильтрация, сточные воды, ПАВ, коагулянт.
THE INFLUENCE OF SURFACE - ACTIVE SUBSTANCES AND COAGULANTS OF THE EFFICIENCY OF ELECTROFLOTATION FOR EXTRACTION OF ACTIVATED CARBON FROM WASTEWATER
Shcherbakova L.A., Kolesnikov A.V, Kolesnikov V.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The influence of the efficiency of the flotation process for extraction of activated carbon from wastewater. Studied the role of surfactant and coagulant substances, depending in the presence of the background electrolyte. The efficiency of their electroflotation extraction of Nickel and zinc ions was determined. It was found that when adding a surfactant of the NaDDS brand together with a coagulant (AlCl3), the degree of extraction of OU-B brand coal is 96%, that established the process of electroflotation extraction is effective.
Keywords: Electroflotation, activated carbon, sorption, filtration, waste water, PA V, flocculant.
Вода является самым ценным ресурсом нашей планеты, так как необходима для существования всех живых организмов. Сточные воды и промышленные отходы загрязняют природные водоемы, что негативно сказывается на экологии. Поэтому проблема нехватки воды становится все более явной. Для того чтобы предотвратить истощение запасов водных ресурсов, требуется разработка современных эффективных способов обезвреживания и утилизации техногенных отходов.
Применение порошкообразных активированных углей (ПАУ) в качестве сорбента позволяет достичь требуемой степени очистки сточных вод промышленных производств от органических и неорганических загрязнителей. Как известно, активированный уголь обладает развитой внутренней поверхностью, благодаря которой эффективно адсорбирует многие вещества. Активированный уголь нашел свое применение во многих процессах химической технологии. [1]
Для повышения степени очистки промышленных стоков активированные угли вводят
непосредственно в водную фазу, так как эффективность такого процесса выше, по сравнению с адсорбцией в стационарном слое на фильтрах.
Однако, из-за того, что размер частиц порошкообразных углей обладает небольшим радиусом (5 - 7 мкм) извлечь дисперсную фазу при помощи классических методов (седиментация, фильтрация и флотация) очень трудно. Поэтому поиск условий эффективного извлечения углей является актуальной научной задачей. В качестве альтернативного способа предложен метод электрофлотации.
Электрофлотационный процесс базируется на электрохимических и физико-химических явлениях, при которых происходит разделение твердой и жидкой фазы исследуемого раствора. При пропускании через обрабатываемую жидкость постоянного электрического тока на электродах происходит образование газовых пузырьков (02 и Н2). В объеме жидкости происходит адгезия данных пузырьков с частицами загрязнений и образование нового флотокомплекса "частица - пузырьки газа", после чего данные агрегаты всплывают на поверхность жидкости, образуя устойчивый пенный слой флотошлам [2].
Введение в обрабатываемый раствор органических добавок ПАВ и флокулянтов позволяет значительно увеличить эффективность и
интенсивность ЭФ процессов. [3] Как влияют добавки на степень извлечения высокодисперсного углеродного материала можно проследить по таблицам 1, 2 и 3.
Основным параметром, определяющим эффективность ЭФ процесса, является степень извлечения а дисперсной фазы: аЭФ=[(Сисх -Сост)/Сисх]*100%, где Сисх, Сост - соответственно
исходная и остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3 (мг/л).
Анализ остаточной концентрации углеродного материала проводился турбидиметрическим методом с использованием мутномера марки Ш 98703. Схема лабораторной электрофлотационной установки представлена на рисунке 1 и описана в литературе [2].
Рис. 1. Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия.
Для приготовления модельных растворов использовались следующие реактивы:
активированный уголь ОУ-Б, КаС1 квалификации хч. Модельные растворы готовились на дистиллированной воде. В качестве добавок применялся катионный ПАВ NaDDS (Додецилсульфат натрия, 50%, вода) и коагулянт Alaз.
Экспериментальные результаты влияния ПАВ и коагулянта на эффективность электрофлотационного извлечения активированного угля в присутствии фонового электролита №С1 приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Зависимость кинетики извлечения активированного угля ОУ-Б от введения добавок в присутствии фонового электролита №С1
Из полученных данных можно сделать вывод, что совместное добавление коагулянта и ПАВ позволяет повысить степень
электрофлотационного извлечения активированного угля в 2 раза по сравнению с системой, в которой присутствует только коагулянт, и в 7 раз по сравнению с системой, в которой добавки отсутствуют.
Таблица 2 - Зависимость кинетики извлечения активированного угля ОУ-Б от введения добавок в
Т, мин Степень извлечения активированного угля ОУ-Б аЭФ, %
Без добавок А1С1з AlCl3+NаDDS
5 14 40 81
10 14 36 96
20 7 34 89
30 3 33 79
т, мин Степень извлечения активированного угля ОУ-Б аЭФ, %
Без добавок А1С13 AlCl3+NaDDS
5 6 29 31
10 5 24 30
20 6 24 30
30 8 23 29
100 мг; сПАВ = 5 мг/л; Скоаг= 10 мг/л; Сфон= 1 г/л
100 мг; сПАВ = 5 мг/л; Скоаг= 5мг/л; Сфон= 10 г/л
Как видно из таблицы 2, изменение степени извлечения активированного угля при введении в раствор добавок, проявляется не так явно по
ОУ-Б
ОУ-Б
сравнению результатами, приведенными в таблице 1. Совместное добавление в систему коагулянта и ПАВ повышает степень извлечения незначительно, по сравнению с системой, в которой присутствует коагулянт, а относительно системы, в которой добавки отсутствуют эффективность
электрофлотационного процесса увеличивается в 5 раз.
Таблица 3 - Зависимость кинетики извлечения активированного угля ОУ-Б от введения добавок в присутствии фонового электролита №С1
т, мин Степень извлечения активированного угля ОУ-Б аЭФ, %
Без добавок А1С1з AlCl3+NaDDS
5 7 30 37
10 6 25 30
20 6 24 29
30 6 24 28
100 мг; сПАВ = 5 мг/л; Скоаг= 5мг/л; Сфон= 100 г/л
Исходя из полученных данных (таблица 3) можно сделать вывод, что введение в систему добавок повышает эффективность
электрофлотационного процесса в 5 раз по сравнению с системой, в которой коагулянт и ПАВ отсутствуют.
На рисунке 1 представлена обобщенная диаграмма по влиянию добавок на эффективность электрофлотационного извлечения частиц ОУ-Б в присутствии фонового электролита с различной концентрацией.
Таким образом, лучший эффект обнаружен при совместном введении композиции из коагулянта и
органического компонента (ПАВ) с концентрацией фонового электролита 1 г/л NaCl. В данном случае степень электрофлотационного извлечения углеродного порошка достигла 96% спустя 10 минут ведения процесса ЭФ (табл.1). Однако со временем флотошлам теряет свои свойства, и дисперсная фаза частично спускается в объем аппарата. Следовательно, данная система эффективна, если конструкция электрофлотатора устроена таким образом, что флотошлам удаляется периодически скребком, тем самым не успевает накопиться на поверхности очищаемой жидкости и осесть обратно в раствор.
Установлено, что при максимально возможном извлечении угля из системы и последующей фильтрацией удается достичь степень очистки модельного раствора до 99%.
Найдены оптимальные условия
электрофлотационного извлечения угля марки ОУ-Б: рН = 7; iv = 0,4 А/л; Am оу-б = 100 мг; c(NaCl) = 1 г/л; скоаг = 10 мг/л; сПАВ = 5 мг/л. В качестве коагулянта: AlCl3; в качестве ПАВ: NaDDS (додецилсульфат натрия, анионной природы); адсорбция с ОУ-Б 30 мин. Степень извлечения а составила 96%.
Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева (проект № З-2020-004)
Список литературы
1. Уголь активированный марки ОУ-Б [Электронный ресурс] / URL: https://www.mtksorbent.ru/ugol-aktivnyjaktivirovannyj/ugli-aktivnye-na-drevesnoj -osnove/ugolaktivnyj-ou-b-detail (дата обращ. 20.04.19).
2. Колесников В.А., Кисиленко П.Н., Колесников А.В. Методы очистки сточных вод гальванохимических производств: в 2 ч.: учеб. пособие. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2018.
3. В.П. Мешалкин, В.А. Колесников, А.В. Десятов, Милютина А.Д., Колесников А.В. Физико-химическая эффективность процесса электрофлотации высокодисперсного углеродного наноматериала из водных растворов с поверхностно-активными веществами// Доклады Академии Наук. 2017. Т.476, №2. С.166-169.
ОУ-Б
