Очистка гальванических сточных вод пылью электросталеплавильного производства
Сточные воды гальванических производств относятся к числу наиболее распространенных разновидностей промышленных стоков как в России, так и за рубежом. Поэтому, несмотря на большое количество уже существующих способов их очистки, разработка новых эффективных методов по-прежнему сохраняет свою актуальность. Один из них предлагают ученые из Белгорода.
Образуются сточные воды гальванических производств в ходе химической и электрохимической обработки металлов и их сплавов, а также при нанесении гальванических покрытий. По большей части подобные стоки сбрасываются в канализационные системы и водные объекты недостаточно очищенными, что усложняет работу биологических очистных сооружений и загрязняет реки и водоемы.
В научной литературе описаны разнообразные способы очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов. Однако большинство из этих методов страдает недостатками,связанными с высокими эксплуатационными затратами по причине использования чистых химических реагентов, сложности обслуживания и необходимости утилизации образующихся осадков. Вот почему так важен поиск технологий, ориентированных на использование недорогих местных природных минералов или отходов промышленности. Для очистки сточных вод, содержащих ионы никеля (II) и меди (II) нами использовалась пыль электросталеплавильного производства (ЭСПП) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК), физические характеристики и химический составпыли представлены в таблицах 1 и 2, результаты седиментационного анализа показаны на рисунке 1.
На микрофотографиях, полученных с помощью электронного микроскопа, видно, что частицы пыли ЭСПП представляют собой рыхлые псевдоглобулярные образования с высокоразвитой поверхностью (рис. 2).
Удельная поверхность пыли, измеренная на приборе СоломинаХодакова, составляет 136,78 м 2 /кг.
Предпосылкой к использованию пыли для очистки сточных вод явилась ее высокая дисперсность и наличие в ее составе оксида кальция, который при взаимодействии с водойприводит к повышению рН среды (рис. 3) и создает благоприятные условия для образования малорастворимых гидроксидов металлов:
Cu 2+ + 2OH → Cu(OH) 2 ↓ ПР = 1,2•10 12 ;
рН полн. осаж = 8 >10,
Ni 2+ + 2OH → Ni(OH) 2 ↓ ПР = 8,7•1019;
рН полн. осаж = 9 >10.
Кроме того, при добавлении пыли в кислую водную среду с рН < 7 происходит растворение силикатов (которые также входят в состав пыли) с образование кремниевых кислот:
CaSiO 3 + 2H + → Ca 2+ + H 2 SiO 3
Ca 2 SiO 4 + 4H + → 2Ca 2+ + H 4 SiO 4
Кремниевые кислоты склонны к реакции поликондесанции с образованием студенистого осадка поликремниевых кислот общего состава mSiO 2 • nH 2 O, которые в растворе образуют отрицательно заряженные частицы типа mSiO 2 • nH2O • p SiO 2 3.
Коллоидные частицы поликремниевых кислот в момент образования обладают отрицательным поверхностным зарядом и высокоразвитойудельной поверхностью, поэтому способны адсорбировать катионы Ni 2+ , Cu 2+ , [NiOH] + , [CuOH] + и др. по схеме:
m SiO 2 3 + nH 2 O + pMe x+ →
Me p (SiO 3 )m • nH 2 O.
Таким образом, поликонденсация кремниевых кислот будет способствовать связыванию катионов, содержащихся в растворе, а также поступающих в раствор из кристаллической фазы при добавлении пыли. На рентгенограмме осадка, полученного при очистке модельных растворов пылью ЭСПП, были отмечены пики, соответствующие следующим соединениям:
Ca 2 (Al, Fe) Al 2 (SiO 4 ) 3 OH; (NiOH) 2 SiO 3 ;
(CuOH) 2 SiO 3 ; Cu 2 SiO 4 ; Ca 3 Al 2 Si 2 O 8 (OH) 2 ;
Cu(OH) 2 ; Ni(OH) 2 .
Исследования эффективности очистки при использовании пыли ЭСПП проводились на модельных растворах с [Ni 2+ ] нач : 10, 40, 70 мг/л;
расход пыли 0,5; 2; 3 г/л. Раствор перемешивали с помощью мешалки в течение 15 минут. После этого суспензию фильтровали через бумажный фильтр и анализировали конечную концентрацию ионов тяжелых металлов.
Результаты экспериментов, представленные на рис. 46 показывают, что эффективность очистки во всех
случаях является высокой и при добавлении пыли в количестве 3 г/л к раствору с исходной концентрацией
ионов Ni 2+ 10 мг/л она составляет 98,4% и 98,9% для раствора с концентрацией 10 мг/л ионов Сu 2+ , а при возрастании концентрации исходныхрастворов до 70 мг/л эффективность несколько снижается.
Полученные в лабораторных условиях результаты были апробированы на реальной сточной воде завода 57 «РИТМ» г. Белгорода. Результаты исследований, представленные в таблице 3, показывают, что при очистке реальных сточных вод гальванического производства достигается высокая эффективность очистки по таким ингредиентам, как ионы никеля (98,4%), меди (98,9%), сульфаты (99,2%).
При исследовании возможности использования пыли ЭСПП для очистки бытовых сточных вод на очистных сооружениях г. Алексеевка (табл. 4), также была отмечена высокая эффективность очистки по всем ингредиентам.
Таким образом, в ходе экспериментальных исследований была доказана перспективность использования пыли ЭСПП для очистки гальванических сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, и для очистки многокомпонентных бытовых сточных вод.
Образующиеся осадки рекомендуется использовать в качестве биоцидной добавки к цементно-песчаным композициям. Как показали лабораторные исследования, образцы строительных материалов с добавками осадков водоочистки обладают
повышенной устойчивостью к биокоррозии и не оказывают негативного влияния на окружающую среду, так как входящие в их состав тяжелые металлы связаны в малорастворимые соединения.
Светлана Свергузова,
кандидат технических наук,
профессор, заведующая кафедрой
промышленной экологии,
Ольга Лашина,
соискатель,
Белгородский государственный
технологический университет
имени В.Г. Шухова
