CC BY
306
УДК 661.876:66.02
СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЛЬВАНОШЛАМОВ
© 2009 г. В.В. Семенов, З.В. Подольская, М.В. Бузаееа, Е.С. Климов
Ульяновский государственный Ulyanovsk State
технический университет Technical University
Исследованы процессы очистки гальванических сточных вод от ионов тяжелых металлов феррити-зированными гальваношламами, позволяющими повысить степень очистки по сравнению с применяемым известковым молоком, интенсифицировать процессы осветления стоков и уплотнения осадка. Предложена технология глубокой очистки гальваностоков на базе станции нейтрализации сточных вод.
Ключевые слова: сорбция; ферритизация; гальванический шлам; очистка; сточные воды; технология; ионы тяжелых металлов.
Processes of galvanic sewage disposal from heavy metal ions with application ferritisationed galvanic sludges are considered, which accoding to there characteristics allow to reise a degree of spent in comparison with usage of calcium hydroxide, to intensify water clearing and sediment compression. The technology of galvanic sewage disposal on neutralization station is offered.
Keywords: sorption; ferritisation; galvanic sludge; spent sewage; technology; metal ions.
Одной из актуальных экологических проблем машиностроительных предприятий, имеющих в своем технологическом цикле гальванические процессы, является проблема глубокой очистки сточных вод от токсичных ионов тяжелых металлов. Исследования последних лет показывают, что дорогие синтетические сорбенты для очистки могут быть заменены более дешевыми природными материалами или отходами производства [1].
Одним из перспективных методов обезвреживания гальванических сточных вод является метод фер-ритизации, позволяющий стабилизировать осадки станции нейтрализации сточных вод [2]. Процесс ферритизации заключается в образовании ферритов переменного состава при действии на ионы тяжелых металлов сернокислого железа (II). Ферритизация гальванических шламов протекает в щелочной среде при обработке суспензии гальваношламов сернокислым железом при 50 оС и последующем окислении реакционной смеси кислородом воздуха. Суммарный процесс можно описать следующей схемой:
(з - „) Fe2+ + „Ме2+ + ^ О2 + 6ОН-^ Ме^ер - „) О4 + 3Н2О.
Ферритизированные гальваношламы (ФГШ) практически нерастворимы в нейтральной и слабокислой средах, обладают значительной сорбционной способностью, их можно использовать как утяжеляющую добавку для интенсификации процессов осветления сточных вод и уплотнения осадка. Это объясняется тем, что плотность магнетита в 1,5 раза выше, чем гидроксида железа [3, 4].
На эффективность очистки сточных вод влияет ряд факторов: соотношение масс катионов металлов, содержащихся в сточных водах, и массы ФГШ (доза
сорбента, D = ЕМе"+:ФГШ), время обработки стоков, значение рН, устанавливающиеся после введения сорбента в стоки.
Цель настоящей работы - экспериментальное определение и оптимизация основных параметров процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с применением ферритизированного гальваношлама в качестве сорбента.
Для экспериментов использовали сухие ферритизированные шламы с размером частиц 0,1 - 0,25 мм. Ферритные осадки получены из гальваношламов предприятия в лабораторных условиях. Валовое содержание металлов в шламе, мг/кг: медь - 2450; никель - 318; цинк - 6793; хром - 16200. В гальванических сточных водах предприятия содержание ионов металлов составило, мг/л: медь - 34,62; никель -20,14; цинк - 27,16; хром - 30,83.
Смесь шлама и сточных вод перемешивали в течение 90 мин. Осадок отфильтровывали, фильтрат анализировали на содержание ионов металлов.
Степень очистки (а) сточных вод определяли по формуле
а = (СИСх - СКон) 100 % / СИСх,
где Сисх - исходная концентрация ионов тяжелых металлов в сточных водах; Скон - концентрация ионов металлов в очищенной воде, мг/л.
Оптимальная доза сорбента, необходимая для очистки стоков до требуемых нормативов, составляет 1:10.
В ходе проведенных экспериментов установлено, что оптимальное время процесса очистки стоков составляет 60 - 80 мин. Зависимость степени очистки от дозы сорбента приведена на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость степени очистки сточных вод (а) от дозы сорбента (В)
Ферритизированные гальваношламы обладают щелочным резервом, при их введении в очищаемые стоки наблюдается изменение исходного значения рН. Наиболее полное удаление всех металлов отмечено при варьировании рН от 7,5 до 8,5. Значение рН при необходимости достигается добавлением щелочных или кислотных реагентов (гидроксид кальция, серная кислота). Сорбционная очистка с использованием ферритизированных шламов наиболее эффективна при суммарном содержании ионов металлов в сточных водах, ЕМе"+ = 10 - 50 мг/л.
Ферритизированные шламы являются утяжеляющей добавкой, позволяющей интенсифицировать процессы осветления стоков и уплотнения осадка. По сравнению с обычным режимом нейтрализации скорость осветления сточных вод увеличивается в 3,0 - 3,5 раза, объем образующегося осадка уменьшается в 1,5 - 2,0 раза. Сравнительные показатели эффективности реагентной очистки гальваностоков по общепринятой схеме с применением гидроксида кальция (известковое молоко), и с применением ФГШ для очистки и доочистки приведены в таблице.
Исходные и конечные значения рН для реагентной очистки: рНИсх=4,67; рНКон=7,82; даЕме"+:«Фгш=1:10; для сорбционной доочистки: тЕМеи+:тФГШ=1:10, после добавления ФГШ, рН 7,64. Время протекания процесса 70 мин. Полученные результаты были использованы для разработки технологической схемы глубокой очистки гальванических сточных вод (рис. 2).
Процесс ферритизации протекает в реакторе 1, снабженном пропеллерной мешалкой, дозаторами для ввода растворов реагентов, вводами для сетевого пара и сжатого воздуха (на рис. 2 реактор представлен упрощенно).
Очистка гальванических сточных вод с применением ферритизированнрго гальваношлама
Извлекаемый металл Исходная концентрация металла (Сисх), мг/л Реагентная очистка гальваностоков известковым молоком Сорбционная доочистка с применением ФГШ
без применения ФГШ с применением ФГШ
Скон, мг/л а, % Скон, мг/л а, % Скон, мг/л а, %
Никель 20,14 0,78 96,1 0,52 97,4 0,22 98,9
Медь 34,62 2,08 94,0 1,31 96,2 0,76 97,8
Хром 30,83 1,91 93,8 0,92 97,0 0,40 98,7
Цинк 27,16 1,79 93,4 1,14 95,8 0,41 98,5
асред., % 94,3 96,6 98,5
СВ после нейтрализации
на доочистку
1_Е
Очищенные СВ в
канализацию или на
////////А
Суспензия ГШ
на ферритизацию
Суспензия ФГШ
на нейтрализацию СВ
«f
€
Избыток
ФГШ на захоронение
Рис. 2. Структурная технологическая схема очистки гальванических сточных вод (СВ) от ионов тяжелых металлов с применением ФГШ: 1 - реактор ферритизации; 2 - фильтр; 3 - приемная емкость; 4 - шнек; 5 - сушилка; 6 - шаровая мельница; 7 - реактор сорбционной очистки гальваностоков
7
1
4
Технологический процесс и установка ферритиза-ции описаны нами в работе [2]. После проведения процесса образуется суспензия ФГШ, которая разделяется на два потока. Часть суспензии подается в реактор нейтрализации гальваностоков для сокращения расхода Са(ОН)2, интенсификации процессов осветления сточных вод и уплотнения осадка. Другая часть ферритизированного шлама обезвоживается на фильтре 2, откуда поступает в приемную емкость 3 и с помощью шнека 4 направляется на сушку в сушилку 5. Высушенный ФГШ подается в шаровую мельницу 6 для измельчения. Сорбционная доочистка стоков производится в реакторе 7, куда поступает жидкая фаза из илоуплотнителя и необходимое количество измельченного ФГШ.
После завершения процессов очистки и отстоя вода сливается в канализацию (или используется повторно), а загрязненный ФГШ смешивается с исходным шламом и направляется в реактор ферритизации 1 на обезвреживание.
Предлагаемая технология обеспечивает степень очистки гальванических стоков до 98,5 % и возможность вторичного использования очищенной воды. Реализация технологии может быть осуществлена на
Поступила в редакцию
базе станции нейтрализации сточных вод предприятия без кардинального изменения существующей схемы очистки известковым молоком.
Литература
1. Варламова С.И., Климов Е.С. Экологическая безопасность предприятий машиностроения (Обзор современного состояния проблемы) // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Приложение № 6. С. 23 - 25.
2. Семенов В.В., Варламова С.И., Климов Е.С. Утилизация шламов гальванического производства методом ферри-тизации // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2005. Т. 48. Вып. 2. С. 111-112.
3. Исследование вымываемости ионов тяжелых металлов из ферритизированных шламов гальванического производства / А.В. Пинаев [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2005. Приложение № 2. С. 163 - 168.
4. Климов Е.С. Семенов В.В., Завальцева О.А. Применение ферритизированных гальванических шламов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Современные наукоемкие технологии. 2004. № 2. С. 65 - 66. (Материалы междунар. науч. конф. «Производственные технологии»).
12 января 2009 г.
Семенов Виктор Валерьевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Химия», Ульяновский государственный технический университет.
Подольская Зоя Владимировна - аспирант, кафедра «Химия», Ульяновский государственный технический университет.
Бузаева Мария Владимировна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология», Ульяновский государственный технический университет.
Климов Евгений Семенович - профессор, заведующий кафедрой «Химия», Ульяновский государственный технический университет. Тел.: (842)277-81-32. E-mail: eugen1947@mail.ru
Semenov Viktor Valerievich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University.
Podolskaya Zoya Vladimirovna - post-graduate student, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University.
Buzaeva Mariya Vladimirovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Safety of vital activity and industrial ecology», Ulyanovsk State Technical University.
Klimov Evgeniy Semenovich - Doctor of Chemical Sciences, head of department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University. Ph. (842)277-81-32. E-mail: eugen1947@mail.ru_
