CC BY
39
УДК 504.4.054.001.5
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННОГО ФИЛЬТРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ СТОКОВ
Л.Н. Ольшанская, профессор, д.х.н., Н.А. Собгайда, доцент, к.х.н., Т.В. Никитина, аспирантка, И.А. Захарова, студентка, Энгельсский технологический институт (филиал Саратовского государственного технического университета),
г. Энгельс, Россия
Аннотация. Изучено влияние состава композиционного фильтра на эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Показано, что наибольшей эффективностью очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов обладают фильтры на основе термообрабо-танного отхода ткацкого производства.
Ключевые слова: фильтр, сточные воды, тяжелые металлы, отходы производства, термическая обработка.
ВПЛИВ СКЛАДУ КОМПОЗИЦ1ЙНОГО Ф1ЛЬТРА НА ЕФЕКТИВШСТЬ ОЧИСТКИ ГАЛЬВАН1ЧНИХ СТОК1В
Л.Н. Ольшанська, професор, д.х.н., Н.А. Собгайда, доцент, к.х.н., Н.В. Шктна, асшрантка, 1.А. Захарова, студентка, Енгельський технолопчний шститут (ф1л1я Саратовського державного технолопчного ушверситету), м. Енгельс, Роая
Анотаця. Вивчено вплив складу композицтного фтьтра на ефективтсть очистки ст1чних вод в1д ютв важких метал1в. Показано, що найбыьшою ефектившстю очистки ст1чних вод в1д ютв важких метал1в володтть фтьтри на основi термообробленого в1дходу ткацького виробництва.
Ключов1 слова: фтьтр, стiчнi води, важю метали, вiдходи виробництва, термiчна обробка.
INFLUENCE OF COMPOSITE FILTER STRUCTURE ON TREATMENT EFFICIENCY OF GALVANIC SEWAGE
L. Olshanskaya, Professor, Doctor of Chemical Sciences, N. Sobgayda, Associate
Professor, Candidate of Chemical Sciences, T. Nikitina, postgraduate, I. Zakharova, student, Engels Technological Institute (Branch of Saratov State
University), Engels, Russia
Abstract. The influence of composite filter structure on sewage treatment efficiency from ions of heavy metals is studied. It is shown that the greatest efficiency of sewage treatment from ions of heavy metals have filters made on the basis of thermoprocessed waste of textile manufacture.
Key words: filter, sewage water, heavy metals, wastage, thermal treatment.
Введение
С развитием и ростом объемов производства, к сожалению, увеличиваются объемы и ухудшается состав сточных вод (СВ) пред-
приятия. Одними из наиболее распространенных загрязнителей водных объектов являются ионы тяжелых металлов (ИТМ). Основным источником загрязнения ИТМ являются сточные воды гальванических произ-
водств, предприятий по производству источников тока, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроительные заводы. Гальванические производства занимают особое место среди загрязнителей. Они отличаются «ураганными» выбросами ртути, кадмия, цинка, меди, свинца, хрома. Годовая масса сброса основных загрязняющих веществ составляет ~ 800 тыс. т. Эти компоненты оказывают сильное влияние на биотическую составляющую и являются одним из основных источников поступления тяжелых металлов в организм человека через продукты питания и питьевую воду.
Анализ публикаций
На сегодняшний день известно множество способов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Многие из них являются дорогостоящими, сложными в исполнении, требующими дефицитных реагентов. В связи с этим особый интерес представляют недорогие эффективные способы очистки сточных вод. Наиболее перспективным методом является сорбционный. Наиболее эффективным является сорбционный способ очистки сточных вод при использовании сорбентов на основе отходов производства. При этом решаются две важные проблемы - очистка СВ и утилизация отходов [1, 2].
Цель и постановка задачи
Цель данной работы - исследование влияния состава фильтра на эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
Фильтры изготавливались из отходов различных производств.
Эффективность использования композиционного фильтра
В качестве отходов использовали:
- пух - это отход ткацкого производства, который образуется при процессе ткачества хлопчатобумажных нитей;
- обрезки полиакрилонитрильных волокон (ПАН-волокно) - образуются при перемотке и упаковке готового ПАН - волокна и представляют собой синтетический полимерный материал;
- терморасширенный графит - представляет собой углеродные пеноструктуры, получаемые при быстром нагреве соединений внедрения графита (СВГ) или продуктов их гидролиза (ГСВГ).
Фильтры изготовляли путем смешения различных соотношений отход ТРГ + отход волокна (ПАН - волокно или пух) (табл. 1) в специальной форме, изготовленной из стали диаметром 5 см и высотой 2 см. В данной форме получали фильтр объемом К=19,635 см3. Термообработку проводили при температуре 450 °С. При данных температурах происходит преобразование СВГ в ТРГ и изменяется структура ПАН - волокна (температура плавления 260 °С) и пуха. Термообработку проводили в муфельной печи, при различном времени вспенивания; при этом окраска ПАН и пуха меняется - с белой на черную, что свидетельствует об образовании углеродсодержащего волокна. Внешний вид полученных фильтров представлен на рис. 1.
№ Состав Температура вспенивания t, °С Время вспенивания т, c Время выдержки t, мин Вес до Вес после
вспенивания m, г
1 1 г СВГ (ТРГ)+ 3 г ПАН 450 268 8 4 3,28
2 3 г СВГ (ТРГ)+ 1 г ПАН 450 70 8 4 3,26
3 3 г СВГ (ТРГ) + Пух 1 г 450 55 8 4 3,23
4 1 г СВГ (ТРГ)+ 3 г Пух 450 70 8 4 3,006
Таблица 1 Технические условия получения композиционных фильтров на основе СВГ (ТРГ) и
ПАН волокон
б
Рис. 1. Композиционные фильтры:
а - ТРГ+ПАН (3:1); б - ТРГ+ПУХ (3:1)
Изготовленные фильтры были исследованы на эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ). Для этого был приготовлен модельный раствор гальванических стоков, содержащий в смеси ионы
кадмия, цинка, свинца и меди с концентрациями по 10 мг/л. Через фильтры пропускали 50 мл модельного раствора. Остаточная концентрация определялась вольтамперометри-ческим методом на приборе АКВ-07 МК, изготовленным фирмой «Аквилон».
Измерения проводились по аттестованным методикам ПНД Ф 14.1:2:4.69-96 «Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов кадмия, свинца, меди и цинка в питьевых, природных, морских и очищенных сточных водах методом инверсионной вольтмаперометрии». По конечным и начальным концентрациям рассчитывали эффективность очистки модельных сточных вод (табл. 2).
Таблица 2 Конечная концентрация (Скор) и эффективность очистки (Э, %) сточных вод фильтрами
различного состава. С^ ИТМ=10 мг/л
а
№ фильтра (см. табл.1) Cd+2 Pb+2 Cu+2
Скон, мг/л Э, % Скон, мг/л Э, % Скон, мг/л Э, %
1 9,9841 1,59 6,1386 38,62 7,7099 22,90
2 3,8726 61,27 2,8079 71,92 5,2590 47,41
3 3,7964 62,03 3,0321 69,67 3,6578 63,42
4 3,6741 63,36 1,6593 83,40 3,5300 64,47
В результате проделанной работы было выявлено, что эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов зависит от состава фильтра. Более высокими сорбцион-ными свойствами обладает фильтр № 4 с содержанием СВГ (ТРГ) +ПУХ (1:3). В более ранних работах [1, 2] показано, что использование ТРГ для очистки от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов весьма эффективно. Развитая поверхность, высокая пористость ТРГ объясняет высокие сорбционные свойства. Нетермообработанный пух содержит большое количество крахмала (нить обрабатывают специальным раствором - шлихтой, содержащей крахмал), который придает гидрофобные свойства и изменяет рН раствора после очистки сточных вод (раствор становится щелочным). После термообработки пуха эти показатели изменяются -крахмал удаляется и рН становится нейтральным [3]. При термообработке ТРГ значительно расширяется, и образовавшийся ТРГ способствует получению более равномерных композиций с пухом. При этом нить
утончается, происходит коксование хлопкового волокна и выгорание крахмала. Все это придает более рыхлую и менее плотную структуру фильтру. Пух приобретает черную окраску, что свидетельствует об образовании углеродного волокна. Это подтверждает и рентгенофазовый анализ данного фильтра (рис. 2) (пик 3,389).
имя файла - "05470.dat" образец - ""
ТИП анода - Си число интербалов - 1 РЕШИМ - непрерывный номер нач.угол кон.угол шаг зкспоз. скорость макс.инт. 1 4.000 56.000 в.050 0.38 8 8952
Углы - 2Теха; Интенсивность — приведенная; Вся шкала = 23872
1.0 0.8
0.6
4.00 8.0 16.0 24.0 32.0 40.0 48,8 56.00
Рис. 2. Рентгенофазовый анализ фильтра на основе ТРГ и пуха (3:1) после термообработки 450 °С
ИМЯ ФАЙЛА - "05538.DAT" ОБРАЗЕЦ
ТИП АНОДА - Си ЧИСЛО ИНТЕРВАЛОВ - 1 РЕНИН - НЕПРЕРЫВНЫЙ
НОМЕР НАЧ.УГОЛ КОН.УГОЛ Ш1Г ЭКСПОЗ. СКОРОСТЬ МАКС.ИНТ.
1 4.000 56.000 0.050 0.3В 8 5910
Углы - 2Тета; Интенсивность - приисденндя; Вся шкапа = 1575В
а*
..........Т..........Г...... I.........I I I 1 ! IТ I I
4.00 8.0 16.0 24.0 32.в 40.0 48.В 56.00
Рис. 3. Рентгенофазовый анализ фильтра на основе ТРГ и ПАН-волокна (3:1) после термообработки 450 °С
Использование фильтра с большим содержанием ПАН-волокна (фильтр №1) снижает показатели эффективности очистки от ИТМ. При изготовлении фильтров на основе ТРГ с ПАН-волокном масса слегка подплавляется (температура плавления 260 °С), фильтр приобретает менее рыхлую структуру, чем фильтр на основе пуха и ТРГ. Рентгенофазо-вый анализ фильтра на основе ПАН и ТРГ показал, что помимо углерода (рис. 3, пик 3,484), он содержит и другие компоненты.
Выводы
Таким образом, полученные нами данные показали, что при очистке промышленных стоков от ИТМ использование фильтра на основе ТРГ и пуха более эффективно, чем фильтра на основе ТРГ и ПАН-волокна.
Литература
наенов // Экология и промышленность России. - 2005. - № 12. - С. 21-25.
2. Финаенов А. И. Области применения и
получения терморасширенного графита / А. И. Финаенов, А. И. Трифонов, А. М. Журавлев, А. В. Яковлев // Вестник СГТУ. - 2004. - Т.1. - №1. - С. 75-85.
3. Собгайда Н. А. Применение отхода ткац-
кого производства для очистки сточных вод от нефтепродуктов / Н. А. Собгайда, Л. Н. Ольшанская, В. В. Дерепаскова // Энергосбережение и рациональное природопользование. Международный конгресс, 2009. - С. 49 - 51.
Рецензент: В.А. Юрченко, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
1. Собгайда Н. А. Новые сорбенты для нефтепродуктов / Н. А. Собгайда, А. И. Фи-
Статья поступила в редакцию 12 ноября 2009 г.
