Новый подход к очистке сточных вод и отработанных электролитов

Главная » Литература » Статьи » Новый подход к очистке сточных вод и отработанных электролитов
Автор: Ю.П. Перелыгин, О.В. Зорькина*, О. Е. Безбородова, Т. В.Зуева, Флягин А.А.

Перед гальваническим производством, которое является одним из экологически опасных производств [1], стоит сложнейшая проблема: разработать методы эффективной очистки сточных вод и утилизировать отработанные электролиты.

Перед гальваническим производством, которое является одним из экологически опасных производств [1], стоит сложнейшая проблема: разработать методы эффективной очистки сточных вод и утилизировать отработанные электролиты. Вопрос очистки сточных вод и отработанных электролитов пока остается на поверхности и требует решения, несмотря на разработку новых менее токсичных электролитов, новых устройств для регенерации растворов [2] и новых способов и схем промывки деталей [2,3].

Существующие методы обезвреживания сточных вод и отработанных электролитов, как правило, сводятся к удалению ионов тяжелых металлов из промывных вод путем перевода их в достаточно токсичные трудно растворимые гидроксиды или другие мало растворимые соединения. Последние хранятся на полигонах захоронения и представляют собой «бомбу замедленного действия», поскольку, так или иначе, происходит их растворение-вымывание, т.е. переход в подземные или поверхностные воды.

Кроме ионов тяжелых металлов в природные воды попадают соединения азота и фосфора, которые также вызывают антропогенное эвтрофирование водоёмов и как следствие возникают дополнительные трудности при очистке воды для хозяйственно - питьевых нужд.

Таким образом, существующие методы очистки не удовлетворяют современным требованиям и, следовательно, жизненно необходимо разрабатывать такие технологические процессы обезвреживания промывных вод и отработанных электролитов, которые соответствовали бы следующим условиям:

  • Обезвреживание одних сточных вод должно производиться другими сточными водами;
  • Образующиеся при этом осадки обязательно должны быть экологически малотоксичными или представлять собой соединения, которые могут быть использованы в качестве вторичного сырья для переработки на других предприятиях или представлять собой конечный товарный продукт.

На основании данных условий авторами разработаны технологические процессы очистки сточных вод от ионов аммония, хрома (VI) и отработанных электролитов аммиакатного цинкования и кадмирования.

Изучение закономерности восстановления Cr (VI) из промывных сточных вод и отработанных растворов гальванического производства, образующихся после хромирования, химическим методом, в котором в качестве реагента использованы жидкие отходы производства антибиотиков (так называемый нативный раствор), содержащие органические вещества. 

В результате проведенных экспериментов установлено, что при температуре ниже 20°С процесс восстановления Cr (VI) не протекает, тогда как при температурах от 30 до 40°С реакция протекает достаточно быстро и при этом достигаются остаточные концентрации Cr (VI) меньше или равные ПДК (0,05 мг/л) [4].

Во всем исследуемом временном интервале наблюдается уменьшение остаточной концентрации Cr (VI). При температуре смеси 30°С значения остаточной концентрации Cr (VI) меньше ПДК достигается уже через 20 минут, при температуре смеси 40°С эти значения достигаются через 15 минут, при температуре смеси 50°С уже через 5 минут нагревания, а при 60°С концентрация Cr (VI) меньше ПДК достигается практически мгновенно.

Остаточная концентрация Cr (VI) уменьшается при увеличении объема жидких отходов производства антибиотиков.

Таким образом, возможно, производить обезвреживание растворов, содержащих Cr(VI), отходами производства антибиотиков, для чего необходимо соблюдать следующие условия:

  • 1.  Соотношение сточных вод: нативный раствор должно быть не меньше чем 1:9;
  • 2.  Температура смеси должна поддерживаться в диапазоне 30 – 40°С;
  • 3.  Время взаимодействия при указанных температурах   не менее 10 минут.

При этих условиях остаточная концентрация Cr (VI) меньше 0,05 мг/л, т.е. меньше ПДК, а концентрация органических веществ (ХПК) снижается в 6-7 раз по сравнению с исходной концентрацией.

Известны разнообразные методы очистки сточных вод промышленных предприятий от аммиака, в том числе физико-химические (сорбционные, ультрафиолетовое облучение, отдувка аммиака воздухом, ионный обмен, электрокоагуляции-флотации, электролиз сточной воды в смеси ее с морской водой, метод обратного осмоса), химические (хлорирование, озонирование) и биологические методы.

Эти методы достаточно эффективны, однако, наряду с преимуществами имеют и свои недостатки, такие как значительные капитальные вложения, необходимость очистки воздуха от аммиака, необходимость предварительной очистки сточной воды от органических примесей, невозможность достижения ПДК в сточной воде и т.п.

В аналитической химии [5] известен метод качественного обнаружения магния в виде магнийаммонийфосфата:

Mg +2 + РО4-3 + NH  MgNH PO  + Н2О.

Поскольку произведение растворимости MgNH PO равно 2,5•10-13, т.е. П P (MgNH PO ) = [ Mg +2 ]•[ PO -3 ]•[ NH ] = 2,5•10-13 , то концентрация иона  аммония в воде зависит от концентрации иона магния и фосфат иона (РО4-3), и может быть определена по уравнению: 
[ NH ] = 2,5*10-13/ [ Mg +2 ] [ PO -3 ].

В свою очередь концентрация фосфатиона [PO4-3] зависит от рН раствора, и, следовательно, концентрация ионов аммония в растворе так же, должна зависеть от рН раствора. 

Результаты экспериментальных исследований приведены в таблицах 1 и 2. Как видно из данных таблицы 1 с увеличением объемов добавленных растворов хлорида магния (2 г/л) и тринатрийфосфата (4,3 г/л) к 200 мл раствора хлорида аммония при рН = 8 концентрация ионов аммония снижается с 3400 до 6 и с 1700 до 4,4 мг/л соответственно. Эффективность очистки при обезвреживании воды от ионов аммония при этом составляет 99,7- 99,8%.

Однако необходимо отметить, что достигнуть ПДК не удалось, что, по- видимому, обусловлено невысоким значением рН раствора.
В таблице 2 приведена зависимость концентрации ионов аммония от рН раствора при молярном соотношении хлорида аммония, хлорида магния и тринатрийфосфата 1:1:1.

Таблица 1.

Объем добавляемых растворов хлорида магния и тринатрийфосфата, мл

0

0,2

1,8

4,0

6,0

Концентрация NH в растворе, мг/л

3400

2650

827

110

6

 

1700

1404

287

4,4

4,4

Таблица 2.

рН

7

7,5

8

8,5

9

10

13

Концентрация [NH4+], мг/л

180

4,5

1,3

0,4

0,2

0,2

0,2

Из данной таблицы видно, что концентрация ионов аммония с ростом рН уменьшается, а при рН>8 концентрация ионов аммония в растворе не превышает ПДК (1 мг/л).

Предлагаемый метод очистки сточных вод гальванических цехов и цехов изготовления печатных плат от аммиака [6] является наиболее перспективным, т.к. обеспечивает достижение остаточной концентрации аммонийного азота до норм равных и менее установленных ПДК. Использование данного метода является целесообразным, т.к. при нанесении гальванических покрытий используются растворы обезжиривания и фосфатирования, содержащие фосфат-ионы, т.е. отпадает необходимость специального приобретения солей ортофосфорной кислоты. 

Данный способ является перспективным и по причине возможного использования получаемого осадка магнийаммонийфосфата в качестве удобрения, который выпускается промышленностью в виде моно- или гексагидрата MgNH PO [7]. 

В гальваническом производстве достаточно широко используются аммиакатные электролиты цинкования и кадмирования.  В качестве возможного метода извлечения ионов цинка и кадмия из промывных вод и концентрированных электролитов можно предложить реагентный метод [8], в котором, а в качестве осадителя используется фосфат натрия.  Обезвреживание отработанных электролитов аммиакатного цинкования и кадмирования осуществляется в два этапа. 

На первом этапе происходит извлечение основного металла в виде его нерастворимых и малорастворимых фосфатов. Наиболее полное осаждение осуществляется разбавленным раствором фосфата натрия в молярном соотношении 1:1,3 для цинка и 1:2,1 для кадмия при pH 7,5 – 8,0 в интервале температур от 16C до 20C. При этом остаточная концентрация цинка составляет 0,31 мг/л., а остаточная концентрация кадмия составляет 0,72 мг/л. 

На втором этапе осуществляется окончательное извлечение ионов металлов совместно с катионами аммония в составе магнийаммонийфосфата, который может использоваться в качестве удобрений второй группы, поскольку содержание металлов в конечном продукте не превышает требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений [7, 9].

Предлагаемые методы позволяют эффективно извлекать из отработанных растворов и сточных вод хромат-ионы, ионы цинка, кадмия и аммония. Данные методы не требует сложной аппаратуры и значительной переделки действующих очистных сооружений.

Литература.

  • Гибкие автоматизированные гальванические линии. Справочник / под общей редакцией Зубченко В.Л. – М.: Машиностроение, 1989. – 672 с.
  • Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. / Под ред. В. Н. Кудрявцева. – М.: Издательство «Глобус», 1998. – 302 с.
  • Алексеев А.Н. Повышение эффективности технологических операций и функционирования оборудования гальванохимической обработки в условиях автоматизированного гальванического производства. М.: Изд-во журнала «Новые промышленные технологии» Минатома РФ, 1997. – 189 с.
  • Перелыгин Ю.П., Безбородова О. Е., Зорькина О. В.// Гальванотехника и обработка поверхностей. - 2004 г. - том 12. - № 4 – С. 42-45.
  • Крешков А. П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ. – М.: Химия, 1965. Т. 1. – 472 с.
  • Перелыгин Ю.П., Зуева Т.В., Зорькина О.В.// Гальванотехника и обработка поверхности, 2006, №2, с.19-21.
  • Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. редактор И.Л. Кнунянц. – 2-е изд.- Большая Российская энциклопедия - М.:1998 - 792 с.
  • Флягин А.А., Юденко А.Ю., Зорькина О.В., Керимов Э.Ю., Перелыгин Ю.П.// Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского Естественные науки. Пенза, 2006, №1(5), с.210-215
  • Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений. ГОСТ Р 17.4.3.07 – 2001. М.: Госстандарт России, 2001. – 4с.  

Скачать файл - Новый подход к очистке сточных вод и отработанных электролитов