Методы очистки хромосодержащих сточных вод
Методы очистки хромосодержащих сточных вод
Введение
Один из путей экономии цветных металлов - замена их более дешевыми сплавами. Значительный разрыв между промышленным внедрением и лабораторными разработками элекгроосаждения сплавов объясняется тем, что производство сплавов представляет собой более сложный процесс, чем выделение чистых металлов. Ускоряя внедрение в промышленность производства уже апробированных электролитических сплавов, определена авторитетность исследований таких перспективных сплавов, как хром-ванадий, железо-никель-хром и т.д. Совершенствование технологических процессов получения сплавов неразрывно связано с экономико-экологическими проблемами. Хром как легирующая добавка используется во многих сплавах и играет важную роль в охране окружающей среды. Сточные воды при этом характеризуются поликомпонентным составом.
Промывные воды и отработанные растворы - наиболее загрязненные . и токсичные стоки. В результате сброса большого количества сточных вод и шлама ухе образовались районы, где концентрация цветных металлов (хрома, никеля, меди и т.д.) в окружающей среде превышают допустимые нормы.
Методы очистки хромосодержащих сточных вод
В последние годы широко применяются три способа очистки хромсодержащих сточных вод: химический (реагентный), ионообменный и электрохимический (электро- и гальванокоагуляция). Биохимический способ не нашел широкого применения из-за строгого технологического регламента осуществления его процессов. Учеными всех стран ведется поиск практического применения условий биохимической очистки сточных вод от металлов, например в Японии изучают процесс получения магнетита особой группой бактерий f 27.
Химреагентное обезвреживание хромсодержащих сточных вод сводится к восстановлению шестивалентного хрома до трехвалентного и последующему осаждению его в виде гидроокиси или других малорастворимых солей. В качестве восстановителей могут применяться бисульфат и сульфит натрия, сернокислое железо, сернистый газ, перекись водорода, гидрозин, водорастворимые углеводороды и др. Осаждение осуществляется, как правило, известью, едким натром, содой. Реагентный способ очистки сточных вод обеспечивает достаточную степень очистки, надежен в эксплуатации при сложном составе стоков, малочувствителен к примесям органического характера. Но наряду с этим химические методы обладают существенными недостатками - использование большого количества нескольких видов разнообразных дефицитных реагентов, увеличение общего солесодержания в обезвреженном стоке в результате передозировки реагентов, образование значительного количества плохо обезвоживающего осадка. В связи с возросшими требованиями к природоохранным мероприятиям указанные недостатки взяты за основу дальнейших исследований с целью уменьшения стоимости и повышения качества очистки сточных вод химреагентным способом. Технологические процессы получения сплавов предусматривают образование промывных сточных вод и концентрированных. В каждом случае концентрированные растворы разбавляют промывными таким образом, чтобы не было залповых пиковых концентраций хрома, никеля и других тяжелых металлов.
Исследована возможность дифференцированной обработки промывных и концентрированных хромсодержащих растворов. Разработан метод комплексообразования очистки хромсодержащих сточных вод, суть которого в определении оптимальных параметров образования комплексных хромитхроматных соединений, обладающих лучшими свойствами седиментации и фильтрования по сравнению с гидроксидом хрома. Использование предлагаемого метода позволяет на 40.,.50% уменьшить количество применяемого восстановителя и исключить в первой ступени очистки использование раствора известкового молока. Присутствие других ионов тяжелых металлов никеля и железа способствует образованию хроматов никеля и железа, которые, осаждаясь, извлекают хром из водных растворов. При соответствующей обработке осадка хроматы и хромиты металлов могут быть пригодны дли различных каталитических процессов. Учитывая уменьшение минерализации при обработке сточных вод в сравнении с традиционными способам», применение очистки хромсодержащих сточных вод методом комплексообразования увеличивает возможности использования очищенных сточных вод в обороте.
Иониты для очистки промывных вод от хрома применили одними из первых исследователи ГДР. Были найдены марки ионитов с достаточной сорбционной емкостью и устойчивостью к окислительному действию хроматов.
В СССР в промышленном и опытно-промышленном масштабе широко выпускаются иониты различных марок, соответствующие ГОСТ 20298-74 на катиониты и ГОСТ 20301-74 на аниониты. Применение ионитного метода для обработки сточных вод от ионов тяжелых металлов, как показала практика, до настоящего времени затруднено из-за недостаточности дифференциации стоков после технологических процессов. Переработка регенераторов на ценные химические продукты сложна и неэкономична. Концентрированные растворы обезвреживают с помощью реагентов, расход которых значителен по сравнению с тем, если бы производили нейтрализацию сточных вод, не подвергавшихся ионитной очистке. Это приводит к дополнительной минерализации обрабатываемой воды. Альтернативой такому положению дел является применение ионообменных установок кассетного типа (например. "Ф.Влайсберг", ФРГ). Кассеты с насыщенными ионообменными смолами направляются на централизованный узел их регенерации, где получают ценные растворы металлов, пригодные для возврата в производство. В нашей страна из-за несовершенства технологических процессов вопрос регенераторов ионообменной очистки сточных вод от металлов таким образом не решается. .Этот недостаток приводит к тому, что, например, в г.Запорожье идет отказ от ионообменных способов очистки стоков и осуществляется переход к другим методам - электрохимическим.
Стремительное совершенствование электрохимических способов и выявление соответствующих конструктивных особенностей электрохимических аппаратов позволяет произвести, их классификацию по признакам. Однако отсутствие унификации технологии даже однотипных производственных процессов вызывает необходимость для каждого конкретного случая экспериментально в лабораторных условиях проверять существующие и разрабатывать новые рекомендации для проектирования аппаратов.
Исследования, проведенные в области очистки сточных вод от хрома электрохимическими методами, а также опыт эксплуатации внедренных электрокоагуляторов по обезвреживанию шестивалентного хрома с наличием в сточных водах других тяжелых металлов, в том числе и никеля, обусловливают тенденции дифференцированного подхода к очистке стоков. Наряду с экологическим совершенствованием технологических процессов электролитического получения сплавов очистка отработанных технологических растворов с учетом применения совершенных каскадных промывок открывает возможность внедрения малоотходных технологий. С этой целью проведены исследования обработки хромсодержащих растворов в бездиафрагменном электролизере с использованием инертных анодных электродов. Полученные оптимальные значения плотности тока при установившемся катодном восстановлении шестивалентного хрома на дают эффективного результата очистки.
Причиной такого результата является одновременное протекание двух противоположных электрохимических реакций - восстановление шестивалентного хрома на катоде и окисление трехвалентного хрома на аноде. Выход потоку трехвалентного хрома резко падает, полного восстановления шестивалентного хрома в растворе достичь не удается, а энергозатраты резко возрастают. Во избежание обратного анодного окисления ионов трехвалентного хрома электролизеры снабжали разделительными диафрагмами или мембранами.
Проведенные нами исследования по выбору мембран показывают, что наиболее приемлемы при очистке сточных вод от хрома динамические мембраны. Изучение их характеристик впервые было начато в 60-х годах В.Т. Марцинковским и Г.А. Краусом. Данные мембраны образуются при пропускании через пористые подложки раствора, содержащего примеси дисперсных коллоидных частиц. Частицы на поверхности подложки образуют полупроницаемый слой, способный задерживать растворимые вещества. Этот слой находится в динамическом равновесии с раствором, поэтому необходимым условием существования подобных мембран является постоянное присутствие дисперсных частиц в разделяемом растворе. Материал и форма подложки не оказывает заметного влияния на характеристики динамических мембран. С успехом могут применяться пористые графитовья, стеклянные, фарфоровые и металлические трубки и пластины, ультрафильтрационные полимерные пленки и т.д. Размер пор подложки не имеет существенного значения в широком диапазоне их изменения.
Выявлено, что наиболее перспективной сферой применения динамических мембран является очистка сточных вод, загрязняющими компонентами которых являются поливалентные катионы - преимущественно хром.
очистка сточный вода хром
Вывод
Приведен анализ наиболее распространенных методов очистки содержащих сточных вод при производстве сплавов. Дается оценка перспективных электрохимических методов очистки и описываются результаты исследований электрокоагуляторов по обезвреживанию шестивалентного хрома в сточных водах, содержащих другие тяжелые металлы.
Список литературы
1.Эколого-экономические аспекты проблемы регенерации цветных металлов из сточных вод гальванических производств / А.П.Цыганков
3.Гладун Л.Н. Очистка хромсодержащих сточных вод методом комп-лексообразования // Рациональное использование, охрана, воспроизводство биологических ресурсов и экологическое воспитание; Тез.докл. реопубл. ионф. 27-29 сентября 19Й8 г. - Запорожье, 1988. -С.243.
.Белевцев А.Н, Итоги работы института ВОДГЄО по применению ионного обмена для извлечения хрома из сточных вод // Очистка сточных вод ионообменными смолами: Материалы семинара. - Горький: ЦЕЛИ, 1963. - С. 3-7.
.Смирнов Д.Н., Панкин В.В. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов» - М.; Металлургия, 1989. - 224 с.
.Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях / В.М. Макаров, Ю.П. Беличенко, В.С. Галустов, А.И. ЧуфаровскиЙ. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с,
.Краснов Н.С., Капитан ГЛ., Гладун Л.Н. Обезвреживание хромоодержащих промышленных сточных вод электрохимическим методом // Проблемы охрены природы от отходов производств химической и металлургической промышленности: Тез. докл. республ» конф. 18-20 апреля 1979 г. - Днепропетровск, 1979. - С. 128.