Разработка технологии очистки сточных вод отделочного производства хлопчатобумажной отрасли промышленности от ионов тяжелых металлов

Качество сточных вод, образующихся на промышленных предприятиях, и концентрация в них загрязняющих веществ определяются многими факторами: отраслью промышленного производства и видом исходного сырья, режимом технологических процессов, возможностью утилизации отходов производства, удельным расходом воды на единицу продукции [1].

Развитие более интенсивных технологий, использованйе новых красителей, химических волокон, ТВВ еще более увеличивает опасность загрязнения окружающей среды. В связи с этим резко возрастает значимость задач технической экологии, призванных на основе оценки степени вреда, наносимого природе, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические решения по защите окружающей среды.

Проблема очистки сточных вод текстильных предприятий имеет ряд особенностей, что, прежде всего, связано с большим объемом сбрасываемых вод. Так, удельное количество сточных вод, образующихся в процессах кра-сильно-отделочного производства, составляет 200 — 350 м³ на 1 т вырабатываемых тканей [2].

Анализ технологических сточных вод текстильных предприятий позволил выявить не менее 57 источников, загрязняющих воздушный и водный бассейны промышленными отходами, из них 16- щелочью, 10 — формальдегидом, 2 — серной кислотой, 6 — уксусной кислотой, 5 — углеводородами нефти, 4 — аммиаком, 8 — оксидом углерода-Н, 9 — оксидами азота, 5 — сажей и другими твердыми частицами, 5 — серным ангидридом, 1 — оксидами ванадия и 16 — хлопковой пылью. Данные о некоторых источниках загрязнений приведены в табл.1.

Физико-химическая очистка сточных вод становится одним из основных методов их обезвреживания. Обусловлено это тем, что она может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами.

Таблица 1.

Источники загрязнений воздушного и водного бассейнов.

Источник шгрн шепни Всщсс ИМ) Пределы шменеппи концентрации иещеенш, м|/м3.

Отбельный цех щелочь 2,5−12,5 серная кислота 5,5−19,6.

Выпарная щелочь 36,7−52,4.

Красильный цех щелочь 2,2−4,9.

Химстанция красильного цеха щелочь 0−1,8 уксусная кислота 0 — 0,06.

Промывной цех щелочь 4,75 — 8,7.

Аппретурный цех формальдегид 1,27−10,5 аммиак 20,04 — 45,0.

Зрельный цех щелочь 0,4−1,2 уксусная кислота 0−3,7 органические вещества 190,0−263,0.

Печатный цех щелочь 0,6−3,0 уксусная кислота 0−5,6 органические вещества 120,0−414,0.

Одним из важных принципов современного подхода к очистке сточных вод является максимальное извлечение из них полезных продуктов с целью утилизации или повторного их использования (например, кислот и щелочей) с направлением в систему промышленного водоснабжения освобожденной от них воды [3].

Актуальной проблемой в области экологии текстильного производства является очистка технологических сточных вод отделочных предприятий от вредных веществ и тяжелых металлов непосредственно в месте их использования или образования, так называемая локальная очистка, которая позволяет полностью исключить попадание загрязняющих веществ и токсичных металлов в усреднители, а в дальнейшем — в городской коллектор.

Указанные задачи глубокой очистки сточных вод, их кондиционирования, а также извлечения из них ценных продуктов решаются с применением различных методов физико-химической очистки сточных вод.

Актуальность темы

В современных условиях вопросом охраны окружающей среды от выбросов промышленных предприятий уделяется большое внимание. Для текстильных отделочных предприятий наиболее остро стоит проблема очистки сточных вод от примесей различного происхождения, в том числе и от токсичных ионов металлов. В защищаемой работе изложены результаты исследования процессов выделения катионов тяжелых металлов (на примере меди и хрома) из технологических сточных вод цехов противогнилостной обработки тканей за счет образования ими наименее растворимых модификаций гидроксидов меди и хрома. На основании найденных автором новых химических способов, позволяющих достичь практически 100%-ной полноты выделения этих катионов из растворов, разработана технология очистки производственных вод от ионов меди (Си2+) и хрома (Сг207~ и Сг3*), а также предложены возможные пути утилизации получаемых отходов соединений этих металлов. Работа выполнена в соответствии с Программой «Университеты России» .

Цель исследования. Цель диссертационной работы — показать возможность практически полной очистки производственных вод от токсичных ионов металлов химическим способом, доступным для всех промышленных предприятий, не требующим сложного оборудования и дорогих реактивов, заключающемся в их выделении из раствора в виде наименее растворимых модификаций гидроксидов. При этом цель работы преследует разработку простой технологии химической очистки технологических и сточных вод от названных примесей, а так же предложение путей возможной утилизации полученных осадков.

Научная новизна. Основная научная новизна данной работы заключается в том, что разработан новый метод осаждения ионов токсичных металлов из сточных вод отделочного производства путем взаимодействия двух растворов, один из которых содержит осаждаемый элемент в виде положительно заряженных (катионная форма), а другой — в виде отрицательно заряженных (анионная форма) частиц. г.

Практическая значимость работы определяется новой технологией очистки производственных вод от ионов меди (Си2+) и хрома (Сг2072~ и Сг3+) на основе простых химических методов, разработанной автором с помощью полученных результатов проведенных им исследований, позволивших достичь практически полного выделения из растворов найденных ионов. Кроме этого, автором предложены пути возможной утилизации получаемых при этом осадков для противогнилостной обработки древесины и для изготовления полировальных паст.

Разработанная технология внедрена для очистки сточных вод на Ореховском ХБК, что позволило полностью исключить штрафные санкции предприятия за загрязнение окружающей среды токсичными ионами металлов.

Автор защищает:

— Новый способ очистки сточных вод от катионов токсичных металлов (на примере ионов гидроксиды которых амфотерны, за счет их полного осаждения, происходящего при добавлении к технологической или сточной воде, содержащей анионные гидроксокомплексы металла, раствора, содержащего его катионные комплексы;

— Новую технологию очистки технологических и сточных вод, содержащих одновременно ионы меди и бихромат-ионы, а также ионы хрома (III);

— Результаты исследований по восстановлению бихромат-ионов в ионы хрома (III) пероксидом водорода и по влиянию концентраций используемых реагентов на полноту осаждения гидроксидов меди и хрома;

— Возможные пути утилизации получаемых отходов соединений меди и хрома.

Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены в виде докладов, обсуждались, вызвали интерес и получили положительную оценку:

— В 1999 году на Международной конференции «Инженерная защита окружающей среды», Москва, РАН, было сделано 2 доклада: «Химический способ наиболее полного выделения из сточных вод предприятий ионов металлов, образующих амфотерные гидроксиды» и «Выделение и утилизация соединений меди и хрома из технологических сточных вод предприятий» ;

— В 1998 году на Московской региональной конференции «Инженерная экология» был сделан доклад «Промышленная очистка сточных вод предприятий от токсичных металлов, образующих амфотерные гидроксиды» — На Международной НТК «Прогресс-98» был сделан доклад «Осаждение токсичных ионов металлов в виде их гидроксидов как экономичный и эффективный способ очистки воды на текстильных предприятиях» .

— В 1996 году на Международной НТК «Прогресс-96» был сделан доклад «Экономичные методы очистки воды от ионов тяжелых металлов на отдельных фабриках с утилизацией их отходов» и на Всероссийской НТК «Тек-стиль-96» — доклад «Очистка сточных вод отделочных фабрик от ионов тяжелых металлов» ;

— В 1995 году на Всероссийской НТК «Текстиль-95» был сделан первый доклад по этой теме: «Разработка методов очистки сточных вод от токсичных ионов металлов и утилизация их отходов» .

Структура и объем диссертации

Работа содержит введение, три главы, выводы, список использованной литературы (71 наименование). Основная часть изложена на 102 страницах, включает 12 рисунков и 18 таблиц.

ВЫВОДЫ.

1. На основании анализа литературных данных выбран химический метод очистки технологических и сточных вод отделочных предприятий от соединений меди и хрома, заключающийся в осаждении их катионов щелочами в виде гидроксидов.

2. Установлено, что для более полного осаждения ионов Си2+ концентрация раствора щелочи не должна быть менее (для ЫаОН) 0,5 моль/л.

3. Выбран способ перевода бихромата с помощью Н202 в соль хрома (III) для его последующего осаждения в виде гидроксида. При этом методом термогравиметрического анализа показано, что в щелочной среде этот процесс не происходит.

4. Найдено, что полнота осаждения ионов Си2+ в присутствии ионов Сг3+ (восстановленных из Сг2072;) возрастает и достигает 95 — 100%.

5. Показано, что полнота осаждения Сг (ОН)3 щелочью из кислых растворов, содержащих катионные комплексы [Сг (Н20)б]3+, не превышает 70,5%, а из щелочных растворов, содержащих анионные комплексы [Сг (ОН)б]3~ - кислотой — 68,4%, что объясняется амфотерным характером этого гидроксида.

6. Обнаружено, что практически полного осаждения Сг (ОН)з можно достичь при смешивании раствора, содержащего катионные комплексы хрома, с раствором, содержащим его анионные комплексы, благодаря образованию наименее растворимой модификации осадка [Сг (ОН)3]п|.

7. Определены оптимальные концентрации добавок: пероксида водорода (30%), серной кислоты (олеум) и гидроксида натрия (30%) для осаждения меди и хрома. При этом обнаружено, что полнота осаждения Сг (ОН)3 из кислых растворов возрастает до 97% в присутствии остаточных количеств Н202.

8. Разработана технология очистки технологических и сточных вод от соединений меди и хрома на примере производства тканей специального назначения (противогнилостная обработка).

9. Определена остаточная концентрация меди и хрома в сточных водах после осаждения их разработанным методом: медь — отсутствует, хром — следы.

10. Разработана технологическая схема получения осадков амфотерных гидроксидов металлов смешиванием 2-х растворов, содержащих анионные и катионные комплексы этих металлов.

11. Предложены пути возможной утилизации отходов соединений меди и хрома путем разработки состава для противогнилостной обработки древесины и изготовления полировальных паст.