CC BY
173
УДК 628.345:546.62
Е. Е. Кравцов, А. П. Лебедева, Е. Г. Глинина
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОКСОХЛОРИДОВ АЛЮМИНИЯ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД
Введение
В данной работе рассматривается коагуляционная очистка хромсодержащих сточных вод, которые образуются в гальванических, овчинно-меховых, кожевенных производствах, а также при травлении нержавеющих сталей. В указанных стоках хром может находиться и в трёхи в шестивалентном состоянии. В последнем случае хром(У1) восстанавливается до хрома(Ш) сульфитом натрия.
Обычно хром(Ш) осаждают в виде гидроксида, образующегося под действием КаОН или Ка2СО3. Учитывая амфотерность гидроксида хрома, названные осадители не очень удобны, т. к., во-первых, осаждение ведётся в узких пределах рН (8,5-9,0), во-вторых, приводит к относительно сильному подщелачиванию очищаемой воды.
При коагуляционной очистке рН смещается в сторону менее щелочных сред (7,0-8,5), а также расширяется интервал допустимых величин водородного показателя. В пробных опытах было установлено, что из испытанных коагулянтов (соли железа, сульфат алюминия и гидроксо-хлориды алюминия) наименьшее содержание Сг(Ш) и взвешенных веществ в очищенной воде достигается при использовании гидроксохлоридов алюминия (ГОХА), поэтому в последующих экспериментах использовался именно этот коагулянт.
Способы получения гидроксохлоридов алюминия
Гидроксохлориды алюминия могут быть получены различными способами [1]. Нами применялся электрохимический метод: либо электролиз водных растворов хлорида натрия с алюминиевыми электродами в электролизёре, разделённом диафрагмой на катодное и анодное отделения [2], либо способ, названный нами коррозионным, когда алюминий растворялся в соляной кислоте и в растворе КаОН. Во всех случаях применялся алюминий в виде выбракованных при анодировании деталей.
В электролизном варианте анодный электролит содержал хлорид алюминия, катодный -алюминат натрия. При этом за счёт отрицательного разностного эффекта алюминий на аноде растворялся с выходом по току более 100 % (вероятно, это первый случай, когда вредный эффект приобретал позитивный характер).
Коррозионный метод может быть применён в двух вариантах: «простого» растворения алюминия в НС1 и №ОН или растворения при внутреннем электролизе. В этом случае возможна одновременная очистка стоков от ионов тяжёлых металлов (не отличающихся высокой токсичностью, например, олова или железа).
В любом из указанных способов образуются два раствора: кислый и щелочной. Смешивая их определённые объёмы, можно получить растворы с различными значениями рН и различными формами ГОХА. Общая формула последних - А12(ОН)пС16-п, где п может изменяться от 1 до 5, приводя к получению ГОХА с различной основностью, т. е. с различным относительным содержанием числа гидроксогрупп и других анионов1. Другим важным показателем ГОХА является отношение г = С(ОН)/С(А13), характеризующее основность.
Применение гидроксохлоридов алюминия при очистке сточных вод
В первой серии опытов использовались модельные растворы, содержащие 750 мг/л взвешенных веществ (смесь труднорастворимых в воде соединений с преобладанием диоксида кремния), а также 25 и 50 мг/л Сг(Ш).
Очистка растворов от взвешенных веществ (осветление раствора) оценивалась нефело-метрически. Концентрация хрома определялась комплексонометрическим методом.
1 Приведённая общая формула ГОХА не учитывает возможности образования многоядерных комплексов алюминия.
Испытывались для получения ГОХА как электролизный, так и коррозионный способы, которые, как выяснилось, дают ГОХА с практически одинаковой коагуляционной эффективностью.
Из данных, собранных в табл. 1 и 2, очевидно, что ГОХА является значительно более эффективным коагулянтом, чем сульфат алюминия.
Таблица 1
Зависимость степени осветления модельных растворов от дозы коагулянта, исходной концентрации Сг3+ и коэффициента г
№ Доза коагулянта, мг/л Исходная концентрация Сг3+, мг/л г Степень осветления, % Вид хлопьев осадка
крупные средние мелкие
10 мин 20 мин 10 мин 20 мин 10 мин 20 мин
Коагулянт - ГОХА
1 25 25 1 75 78 73 76 69 71
2 50 78 79 77 78 71 73
3 75 79 79 89 79 75 78
4 100 83 83 83 83 76 81
5 25 50 71 71 - - 66 73
6 50 73 73 - - 67 75
7 75 76 76 - - 70 77
8 100 79 79 - - 71 77
9 25 25 2 80 83 - - 79 85
10 50 87 87 - - 81 89
11 75 90 90 - - 86 92
12 100 94 94 - - 90 95
13 25 50 81 81 - - 70 78
14 50 85 86 - - 71 78
15 75 87 88 - - 73 80
16 100 92 92 - - 75 83
Коагулянт - сульфат алюминия
17 100 25 2 - - 69 75 65 73
18 100 50 - - 61 71 58 65
Таблица 2
Зависимость эффективности очистки модельных растворов от дозы коагулянта, исходной концентрации Сг3+ и коэффициента г
№ Доза коагулянта, мг/л Исходная концентрация Сг^, мг/л г Степень очистки от Сг3+, %
5 мин 10 мин 30 мин
Коагулянт - ГОХА
1 25 25 1 91 93 93
2 50 93 96 96
3 75 97 98 98
4 100 98 99,5 99,9
5 25 50 80 81 88
6 50 81 83 83
7 75 83 85 85
8 100 87 88 90
9 25 25 2 90 92 92
10 50 92 97 97
11 75 94 98 98
12 100 97 99 99
13 25 50 87 89 89
14 50 90 92 92
15 75 93 96 97
16 100 95 99 99,5
Коагулянт - сульфат алюминия
17 100 25 2 79 83 85
18 100 50 83 85 86
Снижение степени осветления модельного раствора при увеличении исходной концентрации трёхвалентного хрома (табл. 1) связано, вероятно, с более высокой кислотностью раствора за счёт гидролиза соли хрома(Ш). Ослабление осветляющей способности у сульфата алюминия по сравнению с ГОХА приобретает качественный наглядный характер: в первом случае крупных хлопьев осадка не образуется, поэтому и скорость процесса коагуляции при использовании ГОХА явно выше.
Наиболее весомым фактором при очистке от ионов хрома в модельных растворах в данном исследовании оказалась доза ГОХА. При этом полученные результаты (табл. 2) позволяют утверждать, что доза 100 мг/л является предельной, т. к. достигается степень очистки, близкая к 100 %.
При концентрации хрома 25 мг/л основность ГОХА в интервале значений 1-2 заметного влияния на степень очистки не оказала. Если же исходная концентрация Сг3+ увеличена до 50 мг/л, то высокая степень очистки (99 %) показана только при основности r = 2. Пониженная основность (г = 1) приводит к уменьшению степени очистки более чем на 10 %. Столь заметное усиление влияния основности, скорее всего, связано с повышенной кислотностью модельного раствора при росте концентрации хрома с 25 до 50 мг/л.
Во второй серии опытов проводилась очистка реальных стоков, образующихся при промывке деталей после хромирования, а также взятых из ванны овчинно-мехового производства (в обоих случаях концентрация хрома доводилась путём разбавления до 25 и 50 мг/л). В промывных стоках после осаждения хромового покрытия степень очистки понизилась при дозе ГОХА 100 мг/л на 1-2 %. Было обнаружено, что повышение основности коагулянта до 2,5 позволяет повысить степень очистки практически до 99-99,5 %.
В стоке овчинно-мехового производства степень очистки на 15-20 % меньше, чем в экспериментах с модельными растворами. Очищенный в этом случае сток значительно более загрязнён, наблюдаются высокая мутность и специфический запах, свидетельствующий о наличии в сточной воде органических веществ. Для подавления их вредного влияния доза коагулянта была повышена до 150 мг/л, а основность - до 2,5, что позволило увеличить степень очистки до 98-99 % для хрома и до 94-95 % по осветлению.
В случае применения в качестве коагулянта сульфата алюминия для достижения тех же показателей приходится повышать его дозу до 225 мг/л.
Выводы
Проведённые исследования показали целесообразность применения гидроксохлорида алюминия при очистке изученных сточных вод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бабенков Е. В. Очистка воды коагулянтами. - М.: Наука, 1977. - 354 с.
2. Пат. № 37588 / Мотомура И. Япония. - 1972.
Статья поступила в редакцию 24.06.2009
THE STUDY OF PRODUCTION AND APPLICATION OF ALUMINIUM HYDROXOCHLORIDES TO PURIFY WASTE WATERS
E. E. Kravtsov, A. P. Lebedeva, E. G. Glinina
The coagulating purification of the model solutions containing 25 and 50 mg/l Cr3+ and 750 mg/l suspended substances has been studied. Then the purification of waste waters that appeared while washing the tools after chrome-plating and that was taken from the sheepskin and fur production bath has been also carried out. It is proved that aluminium hydroxochlorides are more efficient coagulants than iron salts or aluminium sulphate. Two methods such as the electrolysis method and corrosion method have been used to obtain aluminium hydroxochlorides. It has been found that the method of obtaining doesn't considerably influence coagulating efficiency of aluminium hydroxochlorides.
Key words: model solutions, waste waters, chrome-plating, coagulating purification, coagulant, aluminium hydroxochlorides.
