Секция: Экология

Подсекция: Экологические и метеорологические

проблемы больших городов и промышленных зон

УДК 544.77:622

К.х.н. Хромышева Е.А., Зяблова О.В.

Мелитопольский государственный педагогический университет

им. Б. Хмельницкого

Применение алюминийсодержащих коагулянтов для очистки промышленных стоков от ионов феррума (ІІІ) и хрома (VI)

Актуальность. Интенсивное развитие промышленности, обуславливающее значительное потребление воды, приводит к увеличению количества загрязненных различными примесями отработанных вод. В связи с этим в Украине на государственном уровне неоднократно принимались решения о повышении эффективности мер по охране среды, рациональному использованию водных ресурсов. Для внедрения этих решений необходимым становится более глубокое изучение методов очистки сточных вод. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей. Широкое распространение получили коагуляция и флотация. Данные способы очистки достаточно эффективны и просты, их можно применять практически при неограниченных объемах сточных вод [1].

Обработка коагулянтами – самый распространенный метод очистки больших объемов воды от грубодисперсных грязевых и коллоидных загрязнений. Традиционными природными коагулянтами являются глины, алюмосиликаты, состоящие в основном из солей металлов алюминия и железа. Именно соли металлов и обладают коагулирующими (связывающими) свойствами. Двухвалентные металлы обладают степенью коагуляции в 30 раз большей, чем одновалентные, а трехвалентный катион алюминия обладает степенью коагуляции в 1000 раз большей, чем одновалентный катион натрия. В настоящее время растет ассортимент коагулянтов и сопутствующих им реагентов, предлагаемых для очистки природных и сточных вод с целью улучшения качества питьевой воды, все более широкое распространение находят коагулянты высокой основности – гидроксохлориды алюминия [2]. В связи с этим возникает необходимость более детального изучения алюминийсодержащих коагулянтов и возможности их применения в той или иной сфере.

Объект исследования: закономерности коагуляционной очистки промышленных стоков гальванических производств от ионов феррума (III) и хрома (VI).

Предмет исследования: изучение эффективности коагуляционной очистки промышленных стоков гальванических производств от ионов феррума (III) и хрома (VI) при использовании алюминий хлорида, алюминий сульфата и алюминий пентагидроксохлорида.

Цель исследования: выявление наиболее эффективного коагулянта для очистки промышленных стоков от ионов феррума (III) и хрома (VI).

В наших исследованиях качестве коагулянтов использовали алюминий хлорид (AlCl₃), алюминий сульфат (Al₂(SO₄)₃) и алюминий пентагидроксохлорид (Al₂(OH)₅CI) в концентрациях от 0,625 до 10 мг/л. В растворах данных солей протекает гидролиз по схеме:

Al³⁺ + 6Н₂O ↔ [Al(H₂O)₅OH]²⁺ + H⁺

С увеличением концентрации ионов алюминия в растворе происходит гидролитическая полимеризация с образованием по схеме:

2[Al(H₂O)₅OH]²⁺ ↔ [Al₂(H₂O)₈(OH)₂]⁴⁺ + 2Н₂О

{[Al(OH)₃]_m · n[Al(H₂O)₅OH] ²⁺ (n-х)SO₄^2-}⁺ хSO₄^2-

Продукты гидролиза коагулянтов сорбируются отрицательно заряженными примесями воды, окружая их рыхлыми влагонасыщенными оболочками. Оказавшись в таких оболочках, дисперсные загрязнения утрачивают свои индивидуальные свойства (заряд, степень гидратации и др.) и приобретают свойства оксигидратов.

Перед началом исследования на основе научных данных нами было предположено, что наилучшие показатели очистки воды следует ожидать при использовании алюминий пентагидроксохлорида [3]. Наименее активным является коагулянт алюминий хлорид, поскольку требует создания дополнительных условий в растворе для достижения максимальных результатов. Оксихлорид алюминия обладает меньшей кислотностью, чем сульфат и алюминия и поэтому пригоден для очистки воды с небольшим щелочным резервом. Как можно заметить из уравнений реакций:

2Al₂(OH)₅Cl + Ca(HCO₃)₂ → 4Al(OH)₃ + CaCl₂ + 2CO₂,

Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ → 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂,

Снижение щелочности воды оксихлоридом алюминия в 6 раз меньше, чем эквивалентным количеством по (Al³⁺) сульфата алюминия. Замечено, что при использовании Al₂(OH)₅Cl ускоряется хлопьеобразование, а солесодержание воды увеличивается меньше, чем при добавлении Al₂(SO₄)₃. Технология очистки оксихлоридом алюминия рекомендована к применению как ресурсосберегающая и природоохранная технология [4].

Для установления количественного содержания исследуемых ионов в растворе использовали методики фотоколориметрического определения феррума (III) с калий роданидом и хрома (VI) с дифенилкарбазидом. Концентрация ионов феррума (III) составила 27,30 мг/дм³, а хрома (VI) − 0,13 мг/дм³. Опыты по определению оптимальной концентрации исследуемых алюминийсодержащих коагулянтов позволили установить, что наиболее рациональным для установленного состава сточных вод является их применение в количестве от 2,5 до 5 мг/л. В этом случае наблюдается максимальная степень извлечения ионов феррума (III) и хрома (VI), а дальнейшее введение коагулянтов в раствор не приводит к повышению эффективности процесса.

На рис.1 представлены полученные экспериментальным путем данные о степенях извлечения исследуемых ионов при использовании алюминий хлорида, алюминий сульфата и алюминий пентагидроксохлорида.

α,%

Рис. 1. Сравнение эффективности исследуемых алюминийсодержащих коагулянтов для очистки сточных вод от ионов феррума (III) и хрома (VI).

Таким образом, результаты исследований подтвердили гипотезу о том, что алюминий пентагидроксохлорид − наиболее эффективный коагулянт для очистки промышленных стоков. Однако следует также отметить, что данное вещество является достаточно дорогостоящим реагентом, поэтому совместное применение его с алюминий сульфатом снижает затраты на очистку воды.

Литература:

1. Юрченко А.П. Экологические проблемы: научные изыскания и решения. Экология и промышленность. − 2005. − №19. – С. 19-24.

2. Маканов У.М. Очистка природных и сточных вод / Маканов У.М., Шайхеслямова К.О. – Кокшетау: Келешек – 2030, 2006. – 247с.

3. Бабенков Е.Д. Воду очищают коагулянты / Бабенков Е.Д. – М.: Знание, 1983. – 64 с.

4. Феофанов Ю.А. Механизм коагуляционной очистки сточных вод оксохлоридом алюминия / Феофанов Ю.А., Литманова Н.Л. // Журнал прикладной химии, 2001. – №2. – С. 337-339.