Новый сорбент на основе природных материалов для очистки гальванических стоков (стр. 3 из 3)

На многих предприятиях в качестве отходов вспомогательного производства образуются древесные опилки, которые можно использовать в качестве фильтровальных загрузок, но чаще всего их сжигают в котельных. В связи с этим экономически целесообразно использовать древесные опилки в качестве материала для очистки сточных вод и получения новых сорбционных материалов путем нанесения на них активного комплекса, например бентонитов.

Использование подобных недорогих сорбентов делает привлекательным создание водооборотных систем на гальванических производствах. Так как основное количество воды (95 — 98 %) при нанесении гальванических покрытий приходится на промывные операции, возврат в технологический процесс воды от ванн промывки создает основу для организации замкнутого водного хозяйства [2].

Известно, что сорбционная способность отходов деревообрабатывающего производства, в том числе древесных опилок, по отношению к ионам металлов невысока. Для ее увеличения опилки необходимо подвергнуть модификации, например бентонитами. Опилки при этом являются основой, на которую наносится бентонитовая глина в соотношении бентонит: опилки от 1:1 до 1:3.

Компоненты смешивают, высушивают для удаления излишков воды, полученную массу измельчают до фракции размером 3 — 15 мм, затем для придания необходимых механических свойств спекают при определенной температуре.

При проведении исследований использовались бентонитовые глины Таганского месторождения с преобладанием катионов натрия (натриевая) и кальция (кальциевая). Для увеличения ионообменной емкости кальциевого бентонита путем освобождения активных центров проводилась его содовая активация 5 %-ным раствором соды. Избыток соды из бентонита удалялся при промывке водой. Затем активированный бентонит отделялся от воды и высушивался. Поскольку натриевый бентонит содержит катионы натрия, которые обладают большей активностью, он не подвергался активации [3].

Были получены три вида нового сорбционно-ионообменного материала, названного "Беном" (рис. 1), с соотношением бентонитюпилки 1:1, 1:2 и 1:3.

Исследовали способность сорбента извлекать катионы меди и цинка из водных растворов. Для этого были приготовлены модельные растворы сульфатов меди и цинка с концентрацией ионов металла от 10 до 1000 мг/л. В емкости с 100 мл раствора добавляли по 1 г глины, перемешивали и отстаивали суспензию. Затем проводили фотометрический анализ осветленного раствора.

Лучшие результаты по очистке воды от ионов меди и цинка показал материал, приготовленный из кальциевого бентонита с содовой активацией (рис. 2). Пропорционально количеству вводимого бентонита изменялась сорбционная емкость "Бенома".

Сорбционная емкость по ионам меди при соотношении бентонита и опилок 1:1 в 2 раза больше при использовании кальциевого бентонита. С увеличением количества опилок эта разница снижается и при соотношении бентонит:опилки 1:3 оба вида материала имеют одинаковую емкость по отношению к ионам меди (6 — 7 мг/г).

Сорбционная емкость по ионам цинка "Бенома" из натриевого бентонита (см. рис. 2, в) при соотношении бентонитюпилки 1:1 и 1:2 больше, чем по ионам меди. Максимальная емкость при соотношении бентонита и опилок 1:1 составляет 25 мг/г, уменьшение доли бентонита снижает сорбци-онную емкость до 22 мг/г.

В отличие от ионов меди извлечение ионов цинка "Беномом" с кальциевым бентонитом происходит менее эффективно (см. рис. 2, г): максимальная сорбционная емкость при соотношении бентонит:опилки 1:1 и 1:2 составляет 20 и 12 мг/г.

Для сорбента с соотношением бентонита и опилок 1:3 выявлено незначительное изменение сорбционной емкости как по ионам меди, так и по ионам цинка. Вид бентонитовой глины практически не влияет на характер сорбции.

С целью выявления основных параметров работы сорбционно-ионообменного модуля с предлагаемой загрузкой были проведены эксперименты по очистке воды в динамических условиях на фильтровально-ионообменной установке. "Беном" с соотношением бентонит:опилки 1:2 (поочередно натриевый и кальциевый) помещали в модуль диаметром 35 и высотой 300 мм. Высота слоя сорбента — 100 мм, масса — 100 г. Для измерения расхода жидкости установка была оснащена поплавковым ротаметром, для измерения перепада давления на фильтре — ртутным дифманометром.

Исследовали водные растворы сульфатов меди и цинка с концентрацией 50 мг/л, что соответствует средней концентрации промывных вод процессов меднения и цинкования. Скорость фильтрования раствора поддерживалась постоянной (3 — 5 м/ч).

На рис. 3 видно, эффективность очистки практически не зависит от удельного объема профильтрованного раствора и вида используемого бентонита.

Степень очистки от ионов меди при пропускании первых порций раствора достаточно велика (90 %) (см. рис. 3, а), затем она уменьшается, что можно объяснить быстрым заполнением активных центров бентонита. При удельном объеме пропущенного раствора более 2,5 л/г степень очистки снижается до 20 %.

Данные, полученные при очистке растворов от ионов цинка, свидетельствуют о том, что степень очистки также достаточно велика при пропускании первых порций раствора (см. рис. 3, б). Однако более резкое снижение эффективности (до 20 %) наблюдается при пропускании удельного объема 1,5 л/г для сорбента с кальциевым бентонитом и 0,8 — для сорбента с натриевым бентонитом.

Важным условием для промышленного использования предлагаемой загрузки является возможность ее регенерации. Изучение влияния числа регенераций на величину фильтроцикла после каждой серии опытов проводилось путем регенерации загрузки раствором соды (рис. 4). Видно, что в целом фильтроцикл уменьшается с ростом числа регенераций. Однако фильтроцикл сорбента с натриевым бентонитом значительно меньше, чем сорбента с кальциевым бентонитом. После четырех регенераций время защитного действия цикла не превышало 2,6 ч, что позволяет говорить о нецелесообразности дальнейшей регенерации. Отработанный сорбент можно утилизировать сжиганием. Несгоревшую минеральную фракцию можно опять использовать при получении "Бенома".

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

• полученный фильтровально-сорбционный материал можно использовать для извлечения ионов меди и цинка из водных растворов, лучший результат показал материал с соотношением бентонит:опилки 1:1;

• вид применяемого бентонита не оказывает существенного влияния на сорбционные свойства материала;

• сорбент можно регенерировать 3 раза, затем его следует утилизировать.

Результаты исследований были положены в основу разработки принципиальной технологической схемы очистки промывных вод гальванических производств (рис. 5).

Воды из ванн промывки гальванических покрытий поступают в усреднитель /, откуда центробежным насосом 2 последовательно подаются на первую и вторую ступени ионного обмена. Промывные воды после ионообменной обработки поступают в сборник 11, пройдя предварительную очистку в механосорбционном фильтре 10. Этот фильтр служит для удаления из фильтрата вымывающихся частиц загрузки. Очищенная вода возвращается в производство и периодически подается на промывку фильтра 10, загрязненная вода возвращается в усреднитель.

Приготовление сорбента осуществляется следующим образом. В емкость 4 подаются увлажненные водой опилки, которые с помощью ковшового дозатора 5 загружаются в емкость для приготовления сорбента 8, куда также подается бентонитовая глина из емкости 9. В емкости 8 материалы перемешиваются, направляются на спекание в печь 6, затем в фильтр 3 на поддерживающую сетку. Удаление использованной загрузки осуществляется гидротранспортом из верхней части фильтра. Отработанный сорбент собирается в отстойнике 7, где обезвоживается. Вода возвращается в усреднитель, а опилки утилизируются после трехкратной регенерации сжиганием.

Рис. 5. Схема очистки промывных вод гальванических производств с применением "Бенома":I — усреднитель; 2 — насос; 3 — сорбционно-ионообменные фильтры; 4 — емкость для опилок; 5 — ковшовый дозатор; 6 — печь обжига;7 — емкость для отработанного сорбента; 8 — емкость для приготовления сорбента; 9 — емкость для бентонита; 10 — механосорбционный фильтр;II — емкость для очищенных стоков

Внедрение описанной схемы позволит создать замкнутый во-дооборотный цикл на предприятии и снизить нагрузку на окружающую среду.

Литература

1. Кондратюк Е.В., Лебедев И.А., Комарова Л.Ф. Очистка сточных вод от ионов свинца на модифицированных базальтовых сорбентах // Ползу-новский вестник. 2006. № 2-1.

2. Сомин В.А., Полетаева М.А., Комарова Л.Ф. Создание водообо-ротных систем с очисткой сточных вод от ионов тяжелых металлов // Ползуновский вестник. 2008. № 3.

3. Кондратюк Е.В., Комарова Л.Ф. Перспективы создания волокнистых ионообменных материалов на основе природного минерального сырья // Изв. вузов. 2009. Т. 52. Вып. 2.

4. Когановский А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. Киев: Наук. думка. 1983. 240 с.

5. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия. 1982. 168 с.

6. Клячков В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Стройиздат. 1971. 579 с.

7. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия.1980. 195 с.

8. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия. 1983. 295 с.