CC BY
1ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 628.316.12
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В.П. Гамазин, Е.В. Силенок, Е.А. Тюрина
ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»
В статье представлена информация по исследованиям очистки гальванических сточных вод от тяжелых металлов, рассмотрены основные требования по составу и критериям очистки гальванических сточных вод. Представлены результаты экспериментальных исследований и общие рекомендации по процессу очистки при использовании совместной сорбционной и ионообменной очистки воды от ионов тяжелых металлов, достаточность обеспечения качества воды для водооборотного цикла в гальваническом цехе в качестве промывных вод.
Ключевые слова: очистка сточных вод, тяжелые металлы, сорбция, ионообменные смолы, гальваническое производство, критерии очистки, углеродистые сорбенты.
Современная очистка сточных вод гальванического и им подобным производствам характеризуется наличием нескольких одновременно задействованных методов очистки воды по ряду показателей, среди которых наибольшее значение придается нейтрализации воды, снижению концентрации загрязняющих веществ и ряда других физико-химических параметров, которые позволяют не только довести значение степени очистки воды до необходимых показателей, но и при необходимости обеспечить их соответствие нормативным значениям ПДК.
Как правило, технологически процессы очистки протекают в четыре последовательных этапа, на первоначальном из которых типовым и наиболее распространённым ввиду простоты и относительной эффективности процессом является отстаивание воды, целью которого является удаление взвешенных веществ и грубодисперсных примесей. В ряде случаев достигается до 80-90 % осаждение, после чего вода самотеком или под давлением подается на фильтрацию через пористые наполнители различной формы и происхождения. Этот процесс условно можно отнести ко второму этапу, основное назначение которого является осветление воды и снижение нагрузку на другие аппараты на третьем и четвертом этапе очистки, а также для повышения общей эффективности очистки воды [1].
Правильно подобные режимы фильтрации и времени контакта с загрузкой фильтра обеспечивается на практике апробацией и последующей корректировкой на каждом этапе технических параметров эксплуатации локальных очистных сооружений (ЛОС), а также индивидуальных особенностей состава сточных вод [2].
С учетом обзора имеющихся сведений и опубликованных информационных материалов можно выделить наиболее применяемые методы очистки:
- реагентная очистка;
- сорбционная очистка;
- мембранные технологии и обратный осмос;
- электрохимические методы.
Другие методы и направления очистки имеют меньшее распространение в силу недостаточной эффективности или недостатков технологического характера.
Среди способов физико- химической очистки особая роль отводится сорбции, зарекомендовавшая себя как наиболее эффективный способ очистки воды. Она получила
широкое применение благодаря универсальности и большому перечню выпускаемых серийно или прошедших промышленные испытания и апробацию адсорбентов, характеризуется в ряде случаев параллельным протеканием химического взаимодействия не только с основными загрязнителями, но и сопутствующими химическими веществами органического и неорганического происхождения [3].
В качестве объекта исследования рассматриваются отобранные образцы сточных и природных вод, которые отличаются рядом специфических особенностей, связанных с характером гальванического производства предприятия, особенностей водоснабжения и водоотведения, а также постоянного присутствия химических микропримесей, которые влияют на общую жесткость, минерализацию и щелочность проб отобранной воды для анализа.
Исследуемые исходные концентрации тяжелых металлов в отобранных пробах показали небольшой диапазон колебания концентрации по каждому исследуемому металлу, что учитывалось при выборе и обосновании метода исследования воды и самой методики анализа воды [4].
Экспериментальная установка, принципиальная схема которой вынесена на рисунке, включает в себя усреднитель-накопитель с перегородкой для отстаивания и отбора воды, фильтр с ионообменной смолой КУ-2-8, сорбционный фильтр с активированным углем марки АС и накопительный бак для отбора проб.
Исследование процесса очистки от тяжелых металлов проводилось с учетом усреднения воды, сорбционной и последующей ионообменной доочистки воды. В качестве загрузки в первой колонне был использован сорбента марки АС с адсорбционной активностью не менее 45-50%, суммарным объемом пор по воде не менее 2,8 см3/г и размером фракций в диапазоне 1,0-2,5 мм. Во второй колонне был задействован катионит КУ-2-8 с размером гранул 0,5-1,2 мм.
Снижение концентрации Сг, 2п и Си показали, что скорость фильтрации через фильтры варьировала от 0,5 м/с до 5,0 м/с, оптимальный режим подачи воды в диапазоне 3,03,5 м/с при снижении исходных концентраций хрома с 2,7-3,1 мг/л до 0,04-0,06 мг/л, цинка с 7,8-8,1 мг/л до 0,07-0,09 мг/л, меди - с 3,6-4,2 мг/л до 0,03-0,08 мг/л. Увеличение скорости расхода воды приводит к снижению степени очистки до 95%.
мг/л
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
7,8
6,3 -5,4
_4,8
5,7 4,Ь\ \ 4,7 4
V \ зд
2,9 2,8х .1,8
2,1 1
1,2 0,1 0,01 Л/
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 —Сг общий —2п
0,3 °<^4
0,5
— N1
Т, мин
Рис. Изменение концентрации металлов по времени
По результатам оценки степени очистки, можно сделать вывод, что степень очистки достигается на уровне 98,5-99,6 %. Все концентрации металлов после очистки не превышают их ПДК, что позволяет использовать очищенную воду в водооборотной системе цеха гальваники предприятия при условии дополнительной подпитки свежей технической водой с учетом технологических потерь при гальваническом производстве и последующей очистке воды
Список литературы
1. Водоснабжение, химия и прикладная экология: Материалы Международной научно-практической конференции, Гомель, 22 марта 2021 года / Под общей редакцией Е.Ф. Кудиной. - Гомель: Учреждение образования «Белорусский государственный университет транспорта», 2021. - 161 с.
2. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания: по состоянию на 01.01.2023: Последняя редакция [СанПиН 1.2.3685-21]: Официальное издание: утверждены Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от от 28.01.2021: введены в действие 01.03 2021. - М.: Центрмаг, 2023. - 736 с.
3. Дальнова О.А., Бебешко Г.И., Еськина В.В., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Современные методы определения тяжелых металлов в сточных водах (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2017. - № 83(6). - С. 5-13.
4. Папков А.В. Современные методы очистки воды от тяжелых металлов // Водоснабжение, химия и прикладная экология. - Гомель: Учреждение образования «Белорусский государственный университет транспорта», 2021. - С. 129-132.
Сведения об авторах
Гамазин Виктор Петрович - кандидат технических наук, доцент кафедры химии ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского, e-mail: vgamazin@yandex.ru.
пленок Евгения Валентиновна - студент кафедры химии ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского, e-mail: silgv@mail.ru.
Тюрина Екатерина Александровна - студент кафедры химии ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского, e-mail: tyurina@bk.ru.
INVESTIGATION OF THE EFFECTIVENESS OF PHYSICO-CHEMICAL WASTEWATER TREATMENT FROM HEAVY METALS
V.P. Gamazin, E.V. Silenok, E.A. Tyurina
Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky
The article provides information on research on the treatment of galvanic wastewater from heavy metals, discusses the basic requirements for the composition and criteria for the treatment of galvanic wastewater. The results of experimental studies and general recommendations on the purification process using joint sorption and ion exchange purification of water from heavy metal ions, sufficiency of water quality assurance for the water cycle in the galvanic workshop as washing waters are presented. Keywords: wastewater treatment, heavy metals, sorption, ion exchange resins, electroplating, purification criteria, carbon sorbents.
References
1. Water supply, chemistry and applied Ecology: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, Gomel, March 22, 2021 / Under the general editorship of E.F. Kudina. -Gomel: Educational institution "Belarusian State University of Transport", 2021. - 161 p.
2. Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans: as of 01.01.2023: Latest edition: [SanPiN 1.2.3685-21]: Official publication: approved by the Decree of the Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation dated 28.01.2021: put into effect 01.03.2021. - Moscow: Tsentrmag, 2023. - 736 p.
3. Dalnova O.A., Bebeshko G.I., Eskina V.V., Baranovskaya V.B., Karpov Yu.A. Modern methods for the determination of heavy metals in wastewater (review) // Factory laboratory. Diagnostics of materials. - 2017. - № 83(6). - Pp. 5-13.
4. Papkov A.V. Modern methods of water purification from heavy metals // Water supply, chemistry and applied ecology. - Gomel: Educational Institution "Belarusian State University of Transport", 2021. - pp. 129-132.
Аbout authors
Gamazin V.P. - PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry of the Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: vgamazin@yandex.ru.
Silenok E.V. - student of the Department of Chemistry of the Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: silgv@mail.ru.
Tyurina E.A. - student of the Department of Chemistry of the Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: tyurina@bk.ru.
