Изучение способа выделения оксигидрантов хрома из сточных

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
КАФЕДРА «БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Изучение способа выделения оксигидратов хрома из
сточных вод и направлений использования
полученных продуктов в процессах доочистки
производственных стоков
Новоселова Екатерина МТ-193
Вершинина Анна МТ- 450
Шеремета Инна МТ-533
Цель работы:
Исследование возможности получения из жидких
хромсодержащих отходов хромового сорбента и
использование его в процессах очистки воды.
Хромирование продукции
Агрегатное состояние хромсодержащих отходов
Твердые и пылевидные
(катализаторы, хромовый лом)
Шламы, пасты, кеки
Аэрозольные
Жидкие
Использование и обезвреживание
отходов
металлургического производства и производства
готовых металлических изделий в РФ, млн.т
Для гальванического процесса характерно неэффективное
использование реагентов.
При нанесении гальванических покрытий до 80 % хрома,
входившего в состав исходного раствора,
переходит в отход.
При
восстановлении
и
нейтрализации хромовой кислоты
образуется от 0,55 до 12,4 кг шлама
на 1 кг загрязняющего вещества.
Состав осадков разнообразен,
содержание в них хрома
колеблется от 0,1 до 18,4 %.
Жидкие хромсодержащие отходы
Герметизированные
емкости
Общественная городская
канализация и очистные
сооружения
Шламы, пасты, кеки
Хвостохранилища
(шламохранилища)
Объекты размещения
промышленных (бытовых)
отходов
Территория завода «Русский хром 1915» г. Первоуральск
в пробах воды рек Чусовой и Пахотки в районе
расположения ЗАО «Русский хром 1915» ПДК превышена
по хрому шестивалентному в 110–140 раз.
Степень экологической опасности
растворов и электролитов
Ионы
добавки
ПДК рыб.
вод. хоз.,
мг/л
Степень
экологической
опасности* в
диапазоне
концентраций
Необходимая
кратность
разбавления
раствора
Хромирование
Cr6+
0,02
(3,9:10,2)∙106
в 10 млрд раз
Хроматирование
Cr6+
0,02
(0,9:4,8)∙106
в 1 млрд раз
Анодирование в
хромовой кислоте
Cr6+
0,02
(0,8:1,5)∙106
в 1 млрд раз
Хромирование
Sr2+
0,001
3,3∙106
в 10 млрд раз
Хромирование,
хроматирование
Cr3+
0,07
0,4∙106
в 10 млн раз
Назначение
растворов и
электролитов
SO32–
1,9
в зависимости от передозировки
Обезвреживание
хромсодержащих
S2O52–
1,7
стоков
S2O32–
2,2
(восстановление Cr6+
до Cr3+)
* Степень экологической опасности компонента раствора определяется отношением его
концентрации к ПДК для рыбохозяйственного водоема.
Методы физико-химической очистки хромсодержащих отходов:
1. Реагентный
2. ионного обмена
3. электродиализа
4. обратного осмоса
5. электрокоагуляции
6. гальванокоагуляции
7. электролиза
8. электрофлотации
9. адсорбционный
10. дозированного выпаривания
Преимущества очистки стоков реагентным методом:
 Одновременное удаление различных ионов тяжелых
металлов в одну стадию;
 Эффективная очистка сточных вод от тяжелых металлов,
диспергированных взвесей и эмульгированных
загрязнений;
 Ионы тяжелых металлов организуются в виде
кристаллических не выщелачиваемых продуктов;
 Процесс не чувствителен к влиянию других солей, которые
могут присутствовать в стоках в больших концентрациях;
 Обогащенный продукт очистки может быть использован в
металлургии в качестве легирующей добавки.
Принципиальная схема реагентного метода очистки сточных вод
I)
II)
восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;
осаждение трехвалентного хрома в виде оксигидратов.
I и II стадия
Отделение шлама
доочистка
У - усреднитель разбавленных и концентрированных стоков; Е1, Е2 - емкости для приготовления
реагентов; Н1, Н2 - дозирующие насосы; ТО - отстойник с тонкослойным модулем; ФП - фильтр-пресс
для обезвоживания осадка; ФМ - фильтр механический мешочного типа; СФ - сорбционный фильтр со
специальной загрузкой или ионообменной смолой для доочистки от тяжелых металлов.
Суть реагентного метода
Cr (VІ)
канцероген, мутаген
Cr (ІІІ)
общетоксическое,
раздражающее действие
Мало/ (не)
растворимые
соединения
Cr2O72- + H+ ↔ CrOOH- + H2O + H+ ↔ Cr(ОН)3∙3H2O ↔ Cr2О3∙H2O
Амфотерные оксигидраты переходных
металлов (d-элементов) разнообразны по
составу и свойствам, т. к. представляют собой
неорганические полимерные соединения.
Различия структур представлены
на микрофотографиях,
полученных с применением
поляризационного микроскопа.
Преимущества оксигидратов тяжелых металлов (в том
числе и хрома) как сорбентов:
-Простота синтеза и регенерации
- Высокие сорбционные свойства
-Устойчивость к нагреву
-Устойчивость к радиации
- Могут применяться для очистки в случаях, когда внесение
органических соединений в продукт недопустимо
- Малозатратны
- Способны работать в условиях высокого солевого фона
Недостатки оксигидратов тяжелых металлов (в том числе хрома)
как сорбентов:
- Довольно низкая воспроизводимость их характеристик
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Определение лучшего реагента для выделения
осадка оксигидрата хрома, характеризующегося
стабильностью свойств.
2. Исследование влияния на свойства сорбента:
- способов отделения осадка;
- сушки осадка;
- подготовки сорбента.
3. Изучение адсорбционных свойств сорбента
ОБОРУДОВАНИЕ
•
•
•
•
•
•
рН-метр
Флюориметр, фотометр или хемилюминометр
Поляризационный и электронный микроскоп
Муфельная печь с программируемым нагревом
Часы с секундомером
Весы
Было исследовано
ОСАЖДЕНИЕ и ПОДГОТОВКА СОРБЕНТА
1. Влияние РЕАГЕНТОВ на скорость и качество
протекания реакции осаждения тяжелых
металлов
NaOH
Na2CO3
NH4OH
Осадитель
Натрий
гидроокись
Цвет осадка
зеленый
рН в начале
осаждения
5,5
рН в конце осаждения
7,5-8,0
Внешний вид осадка
при фильтровании
Плотный, глянцевитый
Внешний вид осадка в
банке
Осадок мелкий,
плотный,
студнеобразный,
частицы слипаются
Расположение в
маточном растворе
после осаждения
На дне не уплотненный
Относительная
скорость прохождения
реакции
Реакция замедлена,
появление осадка в
объеме, осадок
распределен в объеме
Осадитель
Натрий
углекислый
Цвет осадка
сине-зеленый,
опалесцирующий
рН в начале
осаждения
9,0
рН в конце
осаждения
10,5-11,0
Внешний вид
осадка при
фильтровании
Рыхлый, студенистый,
комками
Внешний вид
осадка в банке
Осадок крупный,
студнеобразный, плотный,
частицы слипаются в
крупные агломераты
Расположение в
маточном растворе
после осаждения
Расслоившийся,
отдельный агломераты в
слое жидкости
Относительная
скорость
прохождения
реакции
Реакция замедлена,
появление осадка в
объеме, осадок
расслаивается,
выделяются отдельные
агломераты
Осадитель
Аммиак
Цвет осадка
сине-голубой, почти
бело-голубой
рН в начале
осаждения
8,5
рН в конце
осаждения
8,5-9,0
Внешний вид осадка
при фильтровании
Рыхлый, уплотняется
под весом
Внешний вид осадка
в банке
Осадок мелкий,
неплотный,
неслипающийся
Расположение в
маточном растворе
после осаждения
На дне
Относительная
скорость
прохождения
реакции
Реакция сразу после
внесения реактива,
реакция идет полностью
во всем объеме, осадок
сразу ложится на дно
NaOH
Cr3+
Na2CO3
CrO3OH-
NH4OH
1.Аммиак и натрий углекислый показывают
наибольшую скорость осаждения загрязняющего вещества.
Полученный осадок стабилен.
2. Преимущественность способов выделения осадка:
декантирование ≥ фильтрование > центрифугирование.
Декантирование
Выделение
осадка
Фильтрование
Центрифугирование
Методы
подготовки
гелевого
осадка
Сушка
«Естественная» при «комнатной»
температуре
Термическая сушка при
t = 105 °C
С активацией водой
Активация
Без активации
Методы могут применяться в различных комбинациях для всех
осадков, приготовленных с применением различных реагентов
2.
А,г/г
Первичная адсорбция
T, мин
А,г/г
Повторная адсорбция
T, мин
1. По способам сушки сорбента
предпочтительна:
для однократного последующего использования –
естественная сушка,
для многократного последующего использования –
термическая.
2. Для более эффективного использования сорбента
в ограниченные временные промежутки
следует
предварительно активировать сорбент
путем настаивания в воде.
3. Различные виды подготовленных продуктов обладают
высокой скоростью адсорбции с выходом на насыщение в
течение 5-7 минут.
Наилучшими показателями обладает образец полученный
по схеме:
фильтрованный + естественно высушенный + активированный
4. Все виды материалов при повторной адсорбции
обладают примерно одинаковой емкостью адсорбции
(которая, однако, ниже первичной)
и одинаково высокой скоростью адсорбции.
У - усреднитель разбавленных и концентрированных стоков; Е1, Е2 - емкости для приготовления
реагентов; Н1, Н2 - дозирующие насосы; ТО - отстойник с тонкослойным модулем; ФП - фильтр-пресс
для обезвоживания осадка; ФМ - фильтр механический мешочного типа; СФ - сорбционный фильтр со
специальной загрузкой или ионообменной смолой для доочистки от тяжелых металлов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предложены разные способы подготовки гелевого осадка и
сорбентов.
В зависимости от метода подготовки предложены
способы использования осадка оксигидратов.
Продукт, выработавший адсорбционный ресурс может быть
использован
в качестве специальных добавок в металлургии.
Использование шлама с целью очистки сточных вод позволит
комплексно использовать весь ресурсный потенциал сырья.
Применение усовершенствованного реагентного метода очистки
позволит гарантированно достигать ПДК рыбохозяйственного
для сточных вод
Благодарим за внимание!