CC BY
35
прежде всего, по принципу обеспечения безопасности.
- Проектирование ориентировано на существующий социально-экономический заказ.
- Используется существующая база строительной индустрии и принцип минимализации экономических затрат на развитие базы строительной индустрии.
- Актуален принцип минимализации затрат на строительство и получение максимального экономи-
ческого эффекта у инвесторов.
В сложившихся социально-экономических условиях необходимо обеспечить особое внимание к предъявлению повышенных требований к контролю качества проектных и строительно-монтажных работ, а также контролю качества строительных материалов, особенно тех, которые влияют на несущую способность зданий.
Библиографический список
1. Актуализированная редакция СНиП 11-7-81* Строительство в сейсмических районах. Свод правил. СП 14.13330.2011. М.: Минрегион России, 2011. 91 с.
2. Голенецкий С.И. Землетрясения в Иркутске. Иркутск: Имя, 1997.
3. Комплект карт сейсмического районирования территории Российской Федерации ОРС-97 / Гл. ред. В.Н. Страхов, В.И. Уломов. М.: Изд-во ОИФЗ, 1999. 57 с.
4. Отчет по сейсмическому микрорайонированию территории г. Шелехова. Иркутск. вСтИСИЗ, 1974. 290 с.
5. Оценка и управление природными рисками. Тематический том / под ред. А.Л. Рогозина. М.: Издательская фирма «КРУК», 2003. 320 с.
6. Оценка современных факторов развития городов и урбанизированных изменений в Сибири / Л.А. Безруков [и др.]; отв. ред. Л.М. Корытный, Н.В. Воробьёв; Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т географии им. В.Б. Сочавы. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2011. 213 с.
7. СНиП 11-7-81* Строительство в сейсмических районах. Строительные нормы и правила. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000. 45 с.
8. Уломов В.И. К вопросу о дифференцированной оценке сейсмической опасности на территории Российской Федерации // Научно-технический журнал ВНИИНТПИ Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2012. №4. С. 41-49.
УДК 628.337
ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ВЫБОРУ АКТИВНОЙ ЗАГРУЗКИ ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИОННОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ Cu2+ ,Zn2+ ,Ni2+
© Т.И. Халтурина1, Д.Ф. Хакимов2, О.В. Чурбакова3
Сибирский федеральный университет,
660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
Приведены данные эксперимента по определению рационального состава активной загрузки для гальванокоагу-ляционной очистки сточных вод, содержащих Cu2+ ,Zn2+ ,Ni2+ , и изучению свойств и состава осадка.
Ил. 8. Табл. 7. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: гальванокоагуляция; активная загрузка; гальванопара; кокс; вермикулит; активированный уголь; углеродминеральный сорбент; алюминиевая и железная стружка; термограмма; термогравиметрический анализ; дифрактограмма; рентгено-фазовый анализ.
STUDY ON SELECTING ACTIVE CHARGING OF GALVANOCOAGULATION MODULE FOR TREATMENT OF CU2 +,
ZN2 +, NI2 + CONTAINING WASTEWATER
T.I. Khalturina, D.F. Khakimov, O.V. Churbakova
Siberian Federal University,
79 Svobodny Ave., Krasnoyarsk, 660041, Russia.
The article presents the data of an experiment on determining rational composition of active charging for the treatment of wastewaters containing Cu2+, Zn2+, Ni + by galvanocoagulation and studies of sediment properties and composition.
8 figures. 7 tables. 4 sources.
Key words: galvanocoagulation; active charging; galvanic couple; coke; vermiculite; activated charcoal; carbon mineral sorbent; aluminum and iron chips; thermogram; thermogravimetric analysis; diffraction pattern; X-ray phase analysis.
Халтурина Тамара Ивановна, кандидат химических наук, профессор кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89029615551, e-mail: [email protected]
Khalturina Tamara, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89029615551, e-mail: [email protected]
2Хакимов Дамир Фаильевич, аспирант кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89509971196, e-mail: [email protected]
Khakimov Damir, Postgraduate of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89509971196, e-mail: [email protected]
3Чурбакова Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89029230157, e-mail: [email protected]
Churbakova Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Ecology and Life Safety, tel.: 89029230157, e-mail: [email protected]
Как известно [1-4], перспективным методом очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, является гальванокоагуляция.
Цель работы - изучить влияние состава активной
загрузки на эффективность процесса гальванокоагу-
ляционной очистки сточных вод, содержащих Си + ■_ 2+ » ■ .2+
,гп ,N1 , и определить состав и свойства осадков.
Для исследования были использованы следующие гальванопары: Ре-вермикулит, Ре-
углеродминеральный сорбент (СГН), Реактивированный уголь, А1-кокс, А1-активиро-ванный уголь (АУ), А1-углеродминеральный сорбент (СГН).
В качестве анодной составляющей были использованы отходы предприятий металлообработки. Алюминиевая стружка, представляющая собой сплав, содержащий: АІ - 98,35%; БІ - 0,2%; Си - 0,05%; Ре -0,5%; Мс| - 0,5%; гп - 0,1%; Мп - 0,2%; С - 0,1% с удельной поверхностью q уд. - 3,17 м2/кг и удельной плотностью руд- 285,48 кг/м3 в виде пластинок от строгального станка со средним размером 5x10x1 мм. Железная стружка - химический состав: Ре - 9798,8%; С - 0,14-0,22%; БІ - 0,05-0,15%; Мп - 0,40,65%; Р - 0,04%; Б - 0,05%; Сг - 0,03%; N - 0,3%. Стружка предварительно обезжиривалась и протравливалась.
Катодом являлись следующие материалы: вермикулит, углеродминеральный сорбент, кокс, активированный уголь.
Месторождения вермикулита находятся в Красноярском крае. Присутствует вермикулит в породе в виде тонких линзочек, прерывистых цепочек, слоек и прожилков, совпадающих с реликтовой слоистостью диопсидовых пород, а также в виде гнезд, скопления чешуек и пачек, равномерно рассеянных по всей массе породы. Темно-коричневая и бурая слюда эластична при выветривании, изменяет цвет в бронзовый, зеленая слюда мягкая и изменяет цвет при выветривании в серебристый, зеленовато-коричневая и бледно-зеленая слюда менее гидратизирована, а золотистая и золотисто-коричневая значительно гидратизи-рована. Татарское месторождение располагается в
пределах Енисейского кряжа, генетически связано с формацией приразломных щелочных метасоматитов и карбонатитов пенченгинского комплекса протерозоя и представлено линейно-вытянутыми залежами фос-фатно-ниобиевых руд. Размановское и Курагинское месторождения располагаются в пределах югозападного склона Восточных Саян, сложены слюдосодержащими диопсидовыми и актинолитовыми породами, развитыми в зонах эндо- и экзоконтактов уль-траосновных и основных пород с вмещающими карбонатными, алюмосиликатными, богатыми калием породами. Наиболее полно изучено Размановское месторождение, характеризующееся вермикулитом среднего качества, который и был использован в данной работе.
Месторождение представляет собой массив габб-роидных пород, среди которых наблюдаются отдельные обособленные участки слюдоносных образований, развивающихся вокруг ксенолитов доломитовых известняков, унгутской свиты нижнего кембрия. Слюдосодержащими являются диопсидовые породы и кальцифиты. Слюда представлена флогопитом, вермикулитом и переходными разностями. Среднее содержание вермикулита в диопсидовых породах и кальцифирах от 2,7 до 11,6%.
Средняя плотность вермикулита 146 кг/м3. Для него характерно уменьшение средней плотности с увеличением размеров чешуек слюды.
Химический анализ вермикулита, показывающий количество веществ в % соотношении, представлен в табл. 1. Средний фракционный состав вермикулита в % соотношении приведен в табл.2.
В настоящей работе также был использован в качестве загрузки активированный уголь марки БД, полученный из бурого угля Березовского разреза КАТЭКа. Определение фракционного состава осуществлялось методом ситового анализа по ГОСТ 6613-86. Результаты исследований, представленные в табл.3, проводились с указанием процентного содержания фракций.
Таблица 1
Химический анализ вермикулита___________________________________
Наименование параметра Химический состав вещества в % соотношении
Химическое вещество БІО2 2 о і— АІ2О3 Ре203 РеО СаО
Содержание вещества, % 34,06 1,00 13,38 5,72 0,61 14,25
Химическое вещество МдО МпО N820 Р2О5 Н20
Содержание вещества, % 22,31 0,60 0,65 0,42 7,00
Таблица 2
Средний фракционный состав вермикулита________________________________
Наименование параметра Фракционный состав в % соотношении
Калибр сита, мм 30 25 20 15 10 8 5
Содержание фракции, % 2,3 3,6 1,9 2,5 3,3 7,5 8,4
Калибр сита, мм 3 2,5 1,25 0,5 0,3 0,14
Содержание фракции, % 7,8 6,3 10,1 18,6 16,8 10,9
Таблица 3
Фракционный состав активированного угля_______________________________
Наименование параметра Фракционный состав в % соотношении
Калибр сита, мм 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5,0
Активированный уголь БД 2,8-5,0
Содержание фракции, % 0,4 0,28 0,32 2,075 87,25 9,45 0,295
Активированный уголь БД 0,5-2,8
Содержание фракции, % 4,2 12,28 16,35 44,35 22,82 - -
Были определены свойства активированного угля (АУ): насыпная плотность - 0,51 г/см , общая пористость -1,3 см3/г, естественная влажность - 10%. Химический состав АУ в процентном выражении: углерод
- 80,0%; водород - 1,4%; кислород - 5,1%; азот -
0,3%; сера - 0,15%.
В качестве катодной составляющей применялся и кокс, свойства которого: пористость - 51%, истинная плотность - 1,90 г/см3, кажущаяся плотность =1 г/см3, насыпная масса - 450 кг/м , зольность - 10%, выход летучих веществ -1%; содержание углерода - 97%.
Для изучения технологического процесса гальванокоагуляции с использованием гальванопары Ре-СГН был определен состав углеродминерального сорбента (СГН) в процентном соотношении: углерод (С) - 80,0%, диоксид кремния (ЗЮ2) - 8,37%, оксид серы (БО3) - 0,68%, оксид алюминия (А12О3) - 4,52%, оксид кальция (СаО) - 2,26%, оксид магния (МдО) -1,2%, оксид натрия (№2О) - 0,35%, оксид железа (Ре2О3) - 2,32%, оксид калия (К2О) - 0,3%.
вес фракции - 2,8-5,0 мм, Yсгн=443 кг/м .
Изучение технологического процесса гальванокоагуляции проводилось при величине рН=2,3, температуре 20°С, времени контакта 15 минут на гальванокоа-гуляционном модуле объёмом 0,6 л. Сжатый воздух подавался в систему в количестве 10 л/с м2 .
Условия проведения эксперимента:
= 15 мг/дм3,
С: = 60 мг/дм3, С^
/^2п2+ ґ\/~\ I 3 /~і Ыа+
Сисх = 20 мг/дм , Сисх
Ск =1,58 мг / дм 3.
ССI = 20 мг/дм3, общее мг/дм3.
Сравнительные данные по работе гальванокоагу-ляционной установки для очистки сточной жидкости, содержащей ионы тяжёлых металлов с различной активной загрузкой, представлены в табл. 4.
= 56 мг/дм3,
СИ°4 = 236 мг/дм 3.
солесодержание 408,6
Удельная поверхность СГН - 7,5 м /кг, насыпной
Сравнительные данные эксперимента с различной активной загрузкой
Таблица 4
Вид активной загрузки Ре-Вермикулит Ре-СГН Ре-АУ А1-Кокс АІ-АУ АІ-СГН
Соотношение загрузки 4:1 4:1 4:1 4:1 4:1 4:1
Остаточная концентрация №2+, Сст+> мг/дм3 1,15 0,302 0,035 0,023 0,01 0,001
Остаточная концентрация гп2+, еЛ мг/дм3 0,327 0,131 0,053 0,0198 0,024 0,001
Остаточная концентрация Си2+, С0Сс“т2 + , мг/дм3 0,08 0,06 0,04 0,0201 0,021 0,0005
рНост 5,1 6,7 5,7 5,2 4,62 4,74
рНкорект 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8
Объем осадка Vос, % 2,3 2,46 2,03 2,43 2,86 3,17
Эффективность очистки по №2+, э к і2+,% 92,33 97,99 99,77 99,85 99,93 99,99
Эффективность очистки по гп2+, э +,% 98,37 99,35 99,74 99,90 99,88 99,99
Эффективность очистки по Си2+, э с“2+,% 99,87 99,90 99,93 99,97 99,97 99,99
Концентрация ионов металлов определялась на атомно-эмиссионном спектрометре 0рйта-5300. По данным эксперимента построена гистограмма, показывающая зависимость эффекта очистки стоков от вида активной загрузки гальванокоагуляции (рис.1).
Как видно из гистограммы, наиболее глубокая очистка по ионам Си2+ ,2п2+ , Ы12+ достигается при использовании в качестве активной загрузки гальванопары А1-СГН.
Исследования по изучению свойств и состава осадков при гальванокоагуляции с различными гальванопарами были проведены с помощью дифференциально-термического и рентгенофазового анализов. Данные по изучению свойств осадка гальванокоагуля-ционной обработки сточных вод при использовании различных гальванопар приведены табл. 5. Как видно из табл. 5, свойства осадков отличаются.
Дифференциально-термический анализ осадков сточных вод, содержащих Си2+ ,2п2+ ,Мр+ , при использовании различных гальванопар был проведён на приборе МЕТ2Б0И БТА 449 Р1 в диапазоне 30/20,0 (к/мин)/1000 в режиме ДСК-ТГ (где ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия, мкВ/мг; ТГ -кривая изменения массы, %; ДТГ - дифференциальная термогравиметрическая кривая, % мин). Термограммы осадков представлены на рис.2-6.
Анализ кривых ДСК (см. рис.2-6) показывает, что на образцах осадков сточных вод, прошедших гальванокоагуляцию с использованием гальванопар А1-СГН и А1-Кокс, наблюдаются незначительные отличия по термоэффектам: при t=328,9оС и t=327,6оС экзоэффекты связаны с полиморфными превращениями ок-сигидратных форм алюминия, а при t=679,8оС и t=714,5оС объясняются сгоранием углерода; эндоэффекты при t=121,2оС и t=139,8оС характерны для дегидратации, а при t=570,4оС и t=520оС отмечается дегидратация бемита. Для осадка, полученного при гальванокоагуляции с активной загрузкой А1-АУ, наблюдается некоторое отличие по ширине пиков и значениям максимальной температуры; эндоэффекты происходят при t=133оС - это дегидратация, а при t=383,5оС - полиморфные превращения оксигидрат-ных соединений алюминия.
Для термограмм осадка с гальванопарой Fe-АУ и Ре-вермикулит эндоэффекты при t=110,9оС и t=112,2оС показывают удаление слабосвязанной воды, при t=425оС (см. рис.5) и t=354оС (см. рис.6) эффекты характерны для дегидратации гетита FeOOH; при t=785,5оС и t=747,0оС наблюдается разложение 0а003. Экзоэффекты при t=316,8оС и t=304,5оС указывают на полиморфный переход окисигидратных форм железа.
Рис.1. Зависимость эффекта очистки стоков от вида активной загрузки
гальванокоагулятора
Таблица 5
Свойства осадков
Вид гальванопары Свойства осадков
Плотность, г/см3 Влажность, % 3 Сухой остаток, г/дм Прокаленный остаток, t=800oС П.П.П., t=800°С
% г/дм3 % г/дм3
Ре-АУ 0.9292 97.7191 22.809 69.43 15.836 30.57 6.973
А1-Кокс 0.9848 99.2216 7.784 61.20 4.764 38.80 3.020
А1-АУ 0.9662 98.9915 10.085 61.18 6.170 38.82 3.915
Ре-верм. 0.9441 96.6812 33.188 90.34 29.982 9.66 3.206
Рис. 2. Термограмма осадка с использованием активной загрузки Al- СГН
Рис. 3. Термограмма осадка с использованием активной загрузки Al-Кокс
Рис. 4. Термограмма осадка с использованием активной загрузки Al-АУ
Рис. 5. Термограмма осадка с использованием активной загрузки Fe- АУ
100
I »13-0«42 Iftts I
Рис. 6. Термограмма осадка с использованием активной загрузки Fe-Вермикулит
Термогравиметрические кривые (ТГ) показывают, что все основные тепловые эффекты сопровождаются изменением массы образцов осадка в зависимости от температуры. При этом остаточная масса образца с вермикулитом составляет 91,06%, а для образцов осадков, полученных при гальванокоагуляции с гальванопарами Ре-АУ, А1-кокс, А1-АУ, остаточная масса находится в пределах от 69 до 59%, что объясняется
сгоранием углерода.
C помощью выполненного на дифрактометре D8 ADVANCE рентгенофазового анализа образцов осадков, полученных при гальванокоагуляции сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов Ni2+, Zn2+, Cu +, были получены дифрактограммы, которые представлены на рис.7, 8.
Рис.7. Дифрактограмма осадка с использованием активной загрузки Al - СГН
Рис.8. Дифрактограмма осадка с использованием активной загрузки Fe - СГН
В табл. 6 приведен элементный состав осадка, полученного при обработке сточных вод, содержащих ионы Си2+, гп +, ІМІ2, с использованием гальванопары алюминий-углеродминеральный сорбент (СГН).
Элементный состав осадка гальванокоагуляции стоков с гальванопарой железа (СГН) показан в табл. 7.
желых металлов указывают, что при использовании гальванопары А1-СГН происходит более активное восстановление ионов тяжелых металлов на поверхности СГН, чем при гальванокоагуляции с применением активной загрузки Ре-СГН. Сравнение содержания углерода в осадках говорит о большем разрушении СГН при интенсивной бомбардировке электронами пор
Таблица 6
Элементный состав осадка
Элементный состав осадка (АІ-СГН)
Наименование элемента 0 С Н Б АІ гп Си ІЧІ
Содержание элемента, % 26,1 54,2 1,23 0,92 8,10 1,68 1,20 1,66
Таблица 7
Элементный состав осадка
Элементный состав осадка (Ре-СГН)
Наименование элемента 0 С Н Са гп Си ІЧІ Ре
Содержание элемента, % 32,1 33,2 0,21 22,6 2,37 3,97 3,45 1,90
Как следует из дифрактограммы, осадок (см. рис. 7), полученный при гальванокоагуляции с использованием гальванопары АІ-СНГ, представлен в основном гиббситом, а также соединениями цинка, меди и никеля. При применении гальванопары Ре-углеродминеральный сорбент (см. рис. 8) осадок содержит гетит и его модификации. Основу кристаллической фазы составляют гематит (Ре203) и магнетит (Ре304). Соединения кальция (СаО и СаС03) входят в состав осадка, т.к. после обработки сточной жидкости в гальванокоагуляторе рН доводится до значения 7,8 при добавлении суспензии известкового молока для последующего отделения осадка. Кроме этого, наблюдаются соединения меди, цинка и никеля.
Данные элементного состава осадка, представленные в табл. 6 и 7, по содержанию в них ионов тя-
Библиограф
1. Феофанов В.А., Жданович Л.П. Очистка сточных вод
методом гальванокоагуляции // Алма-Ата: Казммехан-
обр, 1991.
2. Зайцев Е.Л. Совершенствование метода гальванокоагуляции вредных примесей в сточных водах промышленных предприятий // Цветная металлургия. 2000. №2.
сорбента в случае А1-СГН.
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Изучено влияние состава активной загрузки на эффективность процесса гальванокоагуляционной очистки сточных вод, содержащих ионы 0и2+, Еп2+, М12+. Установлено, что наиболее глубокая очистка по ионам 0и2+, Еп2+, М12 достигается при использовании гальванопары алюминий-углеродминеральный сорбент (СГН).
2. Из анализа данных элементного состава осадков, полученных при гальванокоагуляции сточных вод, содержащих ионы 0и2+, Еп2+, М12, следует, что при применении загрузки А1-СГН происходит более активное восстановление ионов металлов на поверхности СГН, чем при использовании гальванопары Ре-СГН.
ский список
3. Зайцев Е.Д., Иванов А.В. Исследование процесса гальванокоагуляции // Экология и промышленность России, сентябрь 2002. С.10-14.
4. Очистка сточных вод гальванического производства от ионов М12+, 7п2+, 0и2+ / Т.И. Халтурина [и др.] // Известия вузов. Серия «Строительство». 2012. № 1. С.77-83.
