CC BY
29
УДК 628.345:669.05.83
С. В. Свергузова, И. В. Старостина, Е. В. Суханов, Д. В. Сапронов
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ МОДИФИКАЦИИ ПЫЛИ ЭСПЦ НА ЕЕ КОАГУЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Ключевые слова: пыль газоочистки; сернокислотная обработка; концентрация кислоты; длительность обработки; взвешенные вещества; ионы железа; коагуляция; эффективность очистки.
Исследовано влияние различных условий сернокислотной обработки железосодержащей пыли, образующейся при очистке отходящих газов электродуговых печей производства стали Оскольского электрометаллургического комбината, на степень растворения ионов железа и эффективность использования полученной суспензии в коагуляционной очистке сточных вод от взвешенных веществ. Показано, что концентрация серной кислоты и длительность обработки оказывают положительное влияние на растворение ионов железа, содержащихся в пылевидном отходе. Установлено, что максимальная полнота выхода ионов железа 98,8% достигается при использовании следующих условий обработки пыли: концентрация H2SO4, длительность кислотной обработки - 10 мин. Эффективность осветления модельной суспензии глины с концентрацией 1000 мг/дм3 и начальной мутностью 22,5 ед. NTU при использовании полученного коагулянта составляет 98%.
Key words: gas purification dust; sulfuric-acid treatment; acid concentration; processing time; suspended substances; iron ions; coagulation; purification efficiency.
The influence of various conditions of the sulfuric-acid treatment of ferriferous dust, formed at the purification of electric arc furnaces' exhaust gases of Oskolsky electrometallurgical works, on the iron ions' solution degree and the efficiency of usage of the obtained suspension in coagulative purification of wastewater from suspended substances. It was demonstrated, that the concentration of sulfuric acid and the processing time has positive effect on the solvability of iron ions, contained in the dust waste. It was determined that the maximum completeness of extraction of iron ions 98,8% is achieved at using the following conditions of dust treatment: concentration ofH2SO4, duration of sulfuric-acid treatment - 10 min. The efficiency of brightening of the model clay substance with the concentration 1000 mg/ dm3 and the initial turbidity 22,5 NTU at the usage of the obtained coagulant is 98%.
Загрязненные производственные, сельскохозяйственные и хозяйственно-бытовые сточные воды, поступающие в водные объекты, наносят ощутимый вред водным экосистемам. Поэтому поиск новых эффективных технологий и реагентов для очистки сточных вод является актуальной задачей [1, 2].
На кафедре промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова проводится разработка железосодержащего коагулянта на основе отхода электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) [3-5]. Пыль образуется в результате очистки отходящих газов электродуговой выплавки и представляет собой тонкодисперсную многокомпонентную систему (табл. 1).
Таблица 1 - Химический состав пыли ЭСПЦ
Массовая доля элементов, %
CaO MnO SiO2 Pb Sn Q2O; Ni CuO A12O3 MgO TiO2 ZnO Рбобщ
9,6 1,95 5,8 0,59 0,01 0,29 0,03 0,11 0,45 2,7 0,052 5,4 42,5
Динамика образования пыли показана на рис. 1.
В связи с высоким содержанием в пыли соединений железа, нами предложено использовать пыль ЭСПЦ для получения коагулянта. Поскольку, железо содержится в виде РвО, Ре2Оз, Ре304, чистого Рв и силикатов типа Ре8103, Ре4(3104)3, для его перевода в растворимое состояние, пыль обрабатывалась серной кислотой. Учитывая тот факт, что оксиды железа [6] в концентрированной кислоте не растворяются, для обработки пыли использовался 2 Н раствор Н28О4.
Для определения условий, благоприятных для максимального перехода железа в раствор, исследо-
вали влияние на концентрацию ионов Ре2+ и Бе3+ в растворе объема Н2804, длительности и температуры обработки, дисперсности пыли. Использовались растворы И2804 с концентрацией от 1 Н до 4 Н при длительности кипячения от 5 до 40 мин. Соотношение Т:Ж во всех экспериментах составляло 1:100.
тыс. т ,<■
2007 2008 2009 2010 201 1 2012 _
Год
• образование пыли ЭСПЦ —■—реализация пыли ЭСПЦ спецпредприятию
Рис. 1 - Динамика образования пыли ЭСПЦ на ОЭМК и ее реализация спецпредприятию
К 500 мл раствора Н2804 заданной концентрации, добавляли пыль ЭСПЦ, суспензию кипятили, после кипячения содержимое лабораторной емкости фильтров2а+ли, в ф3+ильтрате определяли концентрацию ионов Ре и Ре фотоколориметрическим методом. Зависимость концентрации ионов железа от условий обработки пыли ЭСПЦ (концентрация Н2804, длительность кипячения) представлены на рис. 2, 3.
Анализируя графики на рис. 2 и 3, можно сделать вывод, что, как концентрация кислоты, так и длительность кислотной обработки пыли, положительно влияют на процесс растворения оксидов железа и
переход ионов Рв2+ и Рв3+ из твердой фазы в жидкую.
Рис. 2 - Зависимость концентрации ионов железа Ре3+ и Реобщ в растворе от концентрации И28 04. Длительность кислотной обработки - 10 мин
Рис. 3 - Зависимость концентрации ионов и Реобщ в растворе от длительности кипячения пыли ЭСПЦ с 1 Н и 3 Н растворами И2804
Нами была рассчитана достигнутая полнота пере-
2+ 3+
хода ионов гв и гв в жидкую фазу и теоретически возможная концентрация данных ионов в растворе при условиях эксперимента. Расчеты проводились, исходя из содержания соединений железа в пыли ЭСПЦ. По данным количественного рентгено-фазового анализа в состав пыли ЭСПЦ входит 49,5 % Рв203. Массовая доля чистого железа в пыли составляет 34,6 %. Тогда в навеске пыли, добавляемой к раствору соляной кислоты, которая составляет 5 г, содержится чистого железа: 5^0,346 = 1,73 г.
Таким образом, при полном растворении пыли в результате кислотной обработки концентрация железа общего в полученном растворе должна составлять 1730 мг/л. Такая концентрация соответствует 100 % степени перехода железа в раствор.
В нашем случае, при обработке пыли ЭСПЦ максимальная полнота выхода ионов железа в раствор достигается при следующих условиях:
- концентрация Н2Э04 - 4 Н; длительность кислотной обработки - 10 мин (87,8 %);
- концентрация Н2Э04 - 1 Н; длительность кипячения - 30 - 40 мин (98,8 %).
Проверку коагулирующего действия модифицированной пыли осуществляли на модельных глиняных суспензиях с размером дисперсных частиц менее 0,08 мм.
Содержание взвешенных веществ в исходной суспензии глины составляло 1000 мг/л, исходная мутность данной суспензии до очистки - 269 НМЕ.
К исходной суспензии добавляли определенное количество миллилитров суспензии пыли ЭСПЦ, обработанной Н2Э04. После перемешивания суспензию глины, обработанную раствором коагулянта, выливали в отстойный цилиндр и вели наблюдение за процессом осветления суспензии в течение 6 часов. Через определенные промежутки времени из верхней части отстоявшейся жидкости отбирали пробы для определения мутности в единицах НМЕ (нефелометрических единицах мутности). Последнюю определяли с помощью турбидиметра (мутно-мера) марки «Н1 98703», результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Изменение мутности суспензии в ходе наблюдений
№ пробы Добавка сусп. пыли ЭСПЦ, мл Время, ч
1 2 3 4 5 6
1 1 31,4 12,8 9,63 6,72 5,57 4,47
2 2 24,7 12,7 9,53 7,74 6,93 6,61
3 3 33,9 13,3 10,3 6,60 4,99 4,25
4 4 72,2 27,7 21,9 14,0 10,3 8,13
5 - 44,5 44,3 41,3 41,2 34,8 -
Результаты исследований представлены на рисунках 4, 5.
0 1 2 3 4 5 6
длительность отстаивания, час
—*-суспензия без добавки пыли
—■— добавкапылиЭСПЦсусп-1,0 мл
-*-добавкапылиЭСПЦсусп- 2,0 мл
—•— д о б авка пыпиЭС ПЦ суш - 4,0 мл
Рис. 4 - Зависимости эффективности очистки в течение всего периода наблюдений
На рисунке 5 представлена динамика изменения прозрачности суспензии глины при добавлении модифицированной пыли ЭСПЦ.
Таким образом, проведенные исследования показали высокую эффективность использования моди-
фицированной пыли ЭСПЦ в процессах коагуляци-онной очистки водных суспензий.
О 15 30 45 60 75 90 105 120
I, иш
• добавкаЭСПЦсусп-1 мл • добавка ЭСПЦсусп-2 мл й добавкаЭСПЦсусп -3 мл добавка ЭСПЦсусп -4 мл
■ контроль
Рис. 5 - Динамика изменения прозрачности суспензий при добавке различных количеств ЭСПЦ-сусп, мл на 250 мл суспензии
Работа выполнена при финансовой поддержке
Минобрнауки РФ в рамках Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016
гг. (№ 2011-ПР-146).
Литература
1. Ж.А. Свергузова, Н.С. Лупандина, Н.Ю. Кирюшина, Д.А. Ельников, Экология и промышленность России, 5, 38-41 (2010).
2. С.В. Свергузова, Г.И. Тарасова, Ю.Н. Малахатка, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 4, 169-172 (2012).
3. С.В. Свергузова, И.Г. Шайхиев, Л.А. Порожнюк, Д.Ю. Ипанов, Е.В. Суханов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 6, 199-202 (2014).
4. Л.А. Порожнюк, С.В. Свергузова, Д.Ю. Ипанов, Ж.А. Сапронова, Д.В. Сапронов, А.В. Шамшуров, Е.В. Новикова, Экология и промышленность России, 7, 22-25 (2013).
5. С.В. Свергузова, И.В. Старостина, Е.В. Суханов, Д.В. Сапронов, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 18, 10, 202-205 (2015).
6. Н.Л. Глинка, Общая химия. Интеграл-Пресс, Москва, 2003. 728 с.
© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, зав. кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, pe@intbel.ru; И. В. Старостина - к.т.н., доцент каф. промышленной экологии того же вуза; Е. В. Суханов - аспирант каф. промышленной экологии того же вуза; Д. В. Сапронов - аспирант каф. промышленной экологии того же вуза.
© S. V. Sverguzova- Dr.sc.techn,professor, head of industrial ecology cathedra of Belgorod State Technological University of Shukhov, pe@intbel.ru,phone; I. V. Starostina - Can.Sc.Chem, docent of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra; E. V. Sukhanov - graduate of industrial ecology cathedra of BSTU; D. V. Sapronov - graduate of industrial ecology cathedra of BSTU.
