CC BY
46
УДК 628.349.64
И. Г. Шайхиев, Ф. Р. Гатина, А. М. Зайнуллин, Г. М. Назмутдинова
КОАГУЛЯЦИОННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ТНРС
Ключевые слова: тринитрорезорцинат свинца, сточные воды, коагуляция, очистка.
Исследована коагуляционная очистка сточных вод производства тринитрорезорцината свинца с использованием водных растворов FeSO4, FeCl3 и Al2(SO4)3 в дозировках 1 -10 г/дм3. Найдено, что с увеличением дозировок реагентов объем осадка увеличивается, значения ХПК фильтратов уменьшается. Определено, что наибольшая степень очистки достигается с использованием сульфата железа (II) в дозировке 10 г/дм3.
Keywords: Lead Styphnate, wastewater, coagulation cleaning.
Investigated the coagulation waste water production Lead Styphnate using aqueous solutions of FeSO4, FeCl3 and Al2(SO4)3 at doses of 1 -10 g/dm3. It is found that with increasing reagent dosage sediment volume increases, the value of COD of the filtrates decreased. It was determined that the highest degree of purification is achieved using iron sulfate (II) at a dose of 10 g/dm3.
Тяжелые металлы и их соединения относятся в настоящее время к приоритетным загрязняющим веществам, попадающим в объекты окружающего мира и наносящим непоправимый урон биоте. Ионы тяжелых металлов, органические и неорганические соединения тяжелых металлов образуются во многих отраслях промышленного производства - обогащении руд, переработке последних, машино- и приборостроении и т. д.
Одной из отраслей, в которой образуются соединения тяжелых металлов, является производство энергонасыщенных веществ, в частности, инициирующих взрывчатых веществ. В качестве последних, содержащих в своем составе тяжелые металлы, на практике применяются азид свинца, гремучая ртуть, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) и другие соединения. Следует отметить, что в последнее время не уделяется должного внимания вопросу очистки сточных вод производства спецпродуктов. Чаще всего после получения целевого продукта сточные воды, образующие в результате технологических процессов, направляются в сливные колодцы, где разложение токсикантов идет частично в период длительного времени. Другим путем снижения токсичности является многократное разбавление образующихся стоков технической водой и сброс последних в природные водоисточники, что приводит к попаданию соединений тяжелых металлов в объекты гидросферы, пагубно действуя на гидробионты.
Вследствие ужесточения экологических норм для промышленных предприятий, в том числе и оборонных, возникает потребность в разработке технологий по локальной очистке сточных вод производства спецпродуктов. В свете проводимых на кафедре Инженерной экологии экспериментальных работ по разработке технологий очистки сточных вод производства инициирующих взрывчатых веществ, таких как диазодинитрохинон [1-5], калиевая соль динитробензфураксана [6-10], начаты исследования по очистке сточных ТНРС.
ТНРС получают нейтрализацией горячего водного раствора стифниновой кислоты гидрокарбонатом натрия и последующим взаимодействием образовавшегося стифната натрия с соответствующими
растворимыми солями свинца (напр. ацетатом, хлоридом или нитратом) при температуре около 70°С:
С6Н(0Н)2(М02)з + ЫаНООз ^ С6Н(1\Ю2)з(0Ма)2 + С02| + Н20
СбН(Ы02)з(0Ыа)2 + РЬС12 ^ СбН(М0Ж(0)2РЬ + ЫаС!
В литературных источниках имеется весьма скудная информация о способах очистки сточных вод производства ТНРС. В частности, предлагается очистка последних обработкой газообразным хлором при предварительном подкислении серной кислотой [11]. Недостатками способа являются невысокая степень очистки, очищенные воды окрашены в зеленовато-желтый цвет, продолжительность процесса составляет 10-15 ч. Кроме того, в процессе разложения выделяется токсичное вещество - хлорпикрин. Для устранения указанных недостатков предлагается стоки производства ТНРС очищать электродиализом [12]. Описана очистка сточных вод производства ТНРС окислением пероксидом водорода или озона в присутствии катализатора (ТЮ2). Процесс интенсифицируется УФ-облучением реакционной среды [13].
Сточная жидкость производства ТНРС, некоторые характеристики которой приведены в таблице 1, имеет ярко-желтую окраску. Как видно из данных физико-химических показателей исходной сточной воды (табл. 1), последняя имеет высокое значение ХПК, обусловленное, прежде всего, наличием в ней органических соединений ароматического ряда.
Визуально в сточной воде отмечено наличие мелкодисперсных частиц, вероятно, самого ТНРС, который имеет малую растворимость в воде.
Многие вещества, обусловливающие мутность и цветность воды, находятся в ней в коллоидном состоянии. Для осветления и обесцвечивания воды в этом случае используют методы обработки, основанные на применении реагентов (коагулянтов), обеспечивающих перевод в осадок коллоидных и дисперсных поллютантов. Коагулянты представляют собой соединения, способные гидролизоваться в воде с образованием различных коагуляционных структур, обладающих высокими адсорбционными
и адгезионными свойствами. Коллоидные частицы загрязнений, сталкиваясь с хлопьями гидролизован-ного коагулянта, прилипают к ним или механически захватываются рыхлыми агрегатами хлопьев и вместе с ними выпадают в осадок. На поверхности хлопьев, наряду с адгезией коллоидных частиц может происходить молекулярная адсорбция окрашенных органических примесей, а также хемосорбция загрязнений. Плотность и скорость осветления воды зависит, как от свойств коагулянта, так и от свойств загрязняющих воду поллютантов.
Таблица 1 - Физико-химические показатели исходной сточной воды производства ТНРС
Показатель Размерность Значение
ХПК мг О2/л 16480
рН - 8,94
Оптическая - 0,69
плотность (Э)
Светопропускание (Т) % 21
Сухой остаток г/дм3 24
Прокаленный г/дм3 20
остаток
В этой связи, первоначально исследовалась возможность очистки названных стоков с использованием коагулянтов. В качестве последних использовались наиболее распространенные и доступные реагенты, такие как Ре3О4, АЬСЭО^з и РеО!з.
Коагулянты использовались в виде 10 % -ного раствора в дистиллированной воде. Дозировка реагентов составляла 1, 3, 5 и 10 г/дм3 в пересчете на сухое вещество реагента. Типовой эксперимент заключался в следующем: к 100 см3 сточной жидкости в мерном цилиндре приливался раствор того или иного коагулянта в соответствующей дозировке. Добавление растворов коагулянтов приводило к мгновенному образованию осадка во всем объеме очищаемой жидкости, который со временем седи-ментировал.
Графики уплотнения осадка в зависимости от времени седиментации и дозировки коагулянтов приведены на рисунках 1-3.
Как видно из приведенных графиков уплотнения осадка (рис. 1-3), с увеличением дозировки приливаемого раствора объем осадка увеличивается. Наименьший объем осадка наблюдается после седиментации РеО!3 в дозировке 1 г/дм3, наибольший - при добавлении в исследуемую сточную воду Ре3О4 в дозировке 10 г/дм3 в пересчете на сухое вещество реагента. Проведенными экспериментами определено, что наиболее интенсивное уплотнение осадка наблюдается в течение первых 60 минут отстаивания.
Полученный осадок отфильтровывался, высушивался и взвешивался, а фильтрат анализировался на изменение следующих показателей: рН, ХПК, оптическая плотность, светопропускание, масса сухого и прокаленного остатка. Физико-химические показатели фильтратов после удаления осадка, а также массы образовавшегося сухой массы осадков приведены в таблице 2.
» 1 г/л
(
С ' -------к
й ¿00 ¿00 600 КО 1000 иоо
ВрШЖ, МПТТ
Рис. 1 - Кинетика уплотнения осадка в зависимости от дозировки Рев04
Рис. 2 - Кинетика уплотнения осадка в зависимости от дозировки Д12(304)з
1« 1ИЗ 1Л0 « а « к 0 —1,/» -»-.V»
Ч 5 г/л
1
--1
0 300 400 0Ю ПО ЮМ 1Э00
Врвдхш
Рис. 3 - Кинетика уплотнения осадка в зависимости от дозировки РеО!3
Графики изменения значений ХПК фильтратов в зависимости от дозировок и типа коагулянта приведены на рисунке 4. Согласно полученным зависимостям (рис. 4), наблюдается плавная динамика спада значений ХПК при увеличении дозировки коагулянтов. Наименьшее значение названного параметра -2060 мг О2/дм3 наблюдается при приливании раствора Бе804 при максимальной дозировке 10 г/дм3 в пересчете на сухое вещество реагента. При этом эффективность очистки по значению ХПК составила более 80 %.
Таблица 2 - Физико-химические свойства сточных вод производства ТНРС после обработки растворами коагулянтов
Коагулянт Дозировка коагу- Масса D Т, % рН Сухой Прокаленный
лянта, г/дм3 осадка, г/дм3 остаток, г/дм3 остаток, г/дм3
1 3,2 1,30 6 8,47 28 24
FeSO4 3 4,0 1,10 8 3,64 26 22
5 4,4 0,95 11 3,44 28 20
10 8,8 0,75 17 1,44 44 26
1 1,2 0,68 21 8,80 24 22
Al2(SO4)3 3 2,8 0,60 25 4,52 24 22
5 4,4 0,63 24 4,27 36 32
10 5,2 0,57 27 3,84 42 36
1 2,0 0,68 21 8,77 22 22
FeCla 3 3,6 0,84 15 2,37 26 22
5 4,8 1,45 4 2,08 30 24
10 6,4 1,70 1 1,86 40 30
2. А.М. Зайнуллин, И.Г. Шайхиев, С.В. Фридланд, Безопасность жизнедеятельности, 7, 46-49 (2005).
3. А.М.Зайнуллин, И.Г. Шайхиев, С.В. Фридланд, Р.З. Мусин, И.Х. Ризванов, Химия в интересах устойчивого развития, 15, 4, 427-435 (2007).
4. А.М. Зайнуллин, И.Г. Шайхиев, С.В. Фридланд, Тезисы докл. Всерос. науч-техн. конф. «Наука-производство-технологии-экология», Киров, 3, .225-226 (2005).
5. А.М. Зайнуллин, И.Г. Шайхиев, С.В. Фридланд, Безопасность жизнедеятельности, 1, 38-39 (2009).
6. Р.М. Вахидов, И.М. Вахидова, А.М. Зайнуллин, И.Г. Шайхиев, М.Ф. Галиханов, Вестник Казанского технологического университета, 7, 380-384 (2010).
7. И.М. Вахидова, И.Г. Шайхиев, А.М. Зайнуллин, Р.З. Гильманов, Р.М. Хусаинов, Р.М. Вахидов, М.Ф. Галиханов, Е.Е. Бобрешова, Экология и промышленность России, 10,47-49 (2010).
8. И.М. Вахидова, И.Г. Шайхиев, Р.З. Гильманов, Р.М. Вахидов, Р. З. Мусин, Вестник Казанского технологического университета, 19, 49-51 (2013).
9. И.М. Вахидова, Р.М. Вахидов, И.Г. Шайхиев, М.Ф. Галиханов, Р.З. Гильманов, Водоочистка, 8, 27-30 (2014).
10. И.М. Вахидова, Р.М. Вахидов, И.Г. Шайхиев, М.Ф. Галиханов, Р.З. Гильманов, Сборник трудов V Международного конгресса «Чистая вода», Казань, 2014. С. 264-267.
11. Патент США 2487627 (1949).
12. Авторское свидетельство СССР 867885 (1981).
13. Do Ngoc Khue, Nguyen Van Chat, Do Binh Minh, Tran Dai Lam, Pham Hong Lan, Vu Duc Loi, Materials Science and Engineering: C, 33, 4, 1975-1982 (2013).
© И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, [email protected]; Ф. Р. Гатина - студ. той же кафедры; А. М. Зайнуллин - к.т.н., доцент той же кафедры; Г. М. Назмутдинова - аспиранка той же кафедры.
© I. G. Shaikhiev - PhD, Head of Department of Environmental Engineering KNRTU, [email protected]; F. R. Gatina - a student of the Department of Environmental Engineering KNRTU; A. M. Zaynullin - Ph.D., Associate Professor of Environmental Engineering KNRTU; G. M. Nazmutdinova - post graduate student of the Department of Environmental Engineering KNRTU.
Кякш) нжрнпи т/П
Рис. 4 - Графики изменения значений ХПК от дозировок коагулянтов
Как следует из приведенных графиков на рисунке 4 и данных, приведенных в таблице 2, эффективность коагулянтов в процессе физико-химической очистки сточных вод производства ТНРС можно установить в следующий ряд: FeS04 > FeCl3 > Al2(S04)з.
Таким образом, показана возможность коагуля-ционной очистки сточных вод производства ТНРС. Определено, что наилучшие результаты получаются в случае обработки стоков раствором сульфата железа (II) в дозировке 10 г/дм3.
Литература
1. А.М. Зайнуллин, И.Г. Шайхиев, С.В. Фридланд, Экология и промышленность России, 6, 20-22 (2004).
