Реферат: Изучение и разработка способа очистки стоков от ионов тяжёлых металлов

Реферат выполнил Васкецов Алексей Александрович

Астраханский государственный технический университет

Пятая всероссийская научная конференция молодых исследователей «Шаг в будущее»

Россия, Астрахань

Введение

Ежегодно в сточных водах гальванических цехов теряется более 0,46 тысяч тонн меди, 3,3 тысяч тонн цинка, десятки тысяч тонн кислот и щелочей [1].

Помимо указанных потерь соединения меди и цинка, выносимые сточными водами из очистных сооружений гальванического производства, оказывают весьма вредное влияние на экосистему.

Установлено, что соединения меди и цинка даже при малых концентрациях (0,001 г/л) тормозят развитие, а при больших (более 0,004 г/л) вызывают токсическое воздействие на водную фауну [2]. По данным комитета экологии Астраханском регионе, учитывая его рыбохозяйственное значение, введена жесткая предельно–допустимая концентрация (ПДК) — 0,0024 мг/л для меди и 0,034 мг/л для цинка.

Исходные стоки, которые необходимо было очистить, содержали медь в концентрациях от 80–100 г/л (отработанные ванны травления) до 10 г/л (промывные воды), цинк соответственно от 50 г/л до 1 г/л. Огромный диапазон концентраций в исходном стоке и в очищенной сточной воде не позволял разработать экономически обоснованный одностадийный процесс их очистки. Чаще всего в производственной практике для удаления ионов тяжёлых металлов (ИТМ), в частности меди, используют реагентный метод [3], заключающийся в осаждении металлических ионов при добавлении к стоку соответствующего реагента. Достоинство метода — в его простоте. Недостатки — в сток вводится новое химическое вещество, то есть, новое загрязнение, а полученные обводнённые осадки имеют большой объём.

Исходя из начальных концентраций меди и цинка и требуемых ПДК, весь процесс очистки был разбит на три стадии:

удаление из стока основной части ионов меди (остаточная концентрация примерно 0,5–1,5 г/л);

снижение концентрации ионов до миллиграммовых концентраций на литр;

окончательная доочистка до ПДК.

Для некоторых стоков очистку планировали проводить по второй и третьей стадиям, минуя первую. По причинам, указанным выше, реагентный метод по крайней мере на первой стадии был исключён. На этой стадии было решено удалять медь и цинк путём электролиза или цементации (для меди).

Главным преимуществом электролиза является возможность получения на катоде свободного металла, при этом не происходит вторичного загрязнения стока. В случае цементации исключаются затраты на электроэнергию, но в очищенном стоке накапливаются ионы металла–цементатора.

На второй стадии предполагалось использовать сорбцию ионов меди и цинка на дешёвых минеральных сорбентах и, наконец, завершить доочистку либо сорбцией на активированном угле, либо предложить оригинальный способ снижения концентраций меди и цинка до ПДК. Цель работы, таким образом, состояла в снижении исходных концентраций меди и цинка до рыбохозяйственных ПДК. Для выполнения её предстояло решить четыре задачи:

Изучить электролиз медь- и цинксодержащих стоков и разработать режим катодного осаждения этих металлов.

Изучить целесообразность применения цементации и внутреннего электролиза.

Исследовать сорбцию ионов меди и цинка на минеральных сорбентах и установить оптимальные условия проведения сорбции.

Предложить способ доочистки стоков.

Экспериментальная часть.

Первая задача, а именно изучение электролиза стоков, автором данной работы не решалась. Другими авторами было установлено, что электролиз медьсодержащих стоков целесообразно проводить до концентрации 0,6 г/л, цинксодержащих до 1,2г/л.

Были предложены иные способы снижения концентрации меди до миллиграммовых количеств, а именно внутренний электролиз и цементация [4]. При внутреннем электролизе имеется анод, состоящий из цементирующего металла (в нашем случае стальная пластина) и катод, состоящий из инертного металла, на котором происходит восстановление ионов цементируемого металла и его выделение в твёрдом виде (в нашем случае медная пластина). Анод и катод соединялись друг с другом через реостат и помещались в модельный раствор сульфата меди. Была изучена зависимость скорости процесса от относительных размеров катода и анода (сила тока измерялась миллиамперметром). Площадь медного катода была постоянной 1,5 см2, а соотношения площадей катода и анода составляли 1:1, 1:2и1:5.

Выяснилось, что с увеличением площади анода скорость реакции увеличивалась, соответственно снижалась концентрация меди в растворе.

Результаты опыта представлены в таблице 1.

Анализ растворов (определение концентрации ионов) проводился иодометрическим и комплексонометрическим титрованием [5, 6].

При цементации в качестве цементаторов испытывались железо, алюминий, цинк. На алюминии процесс идёт крайне медленно, с ускорением по мере растворения оксидной плёнки. На цинке оксидная плёнка тонкая и менее устойчива, поэтому цементация идёт с большей скоростью. На железе слой оксидов является рыхлым со множеством пор, поэтому, хотя железо самый неактивный восстановитель среди испытанных металлов, скорость цементации на нём высока.

Результаты опытов представлены в таблице 2.

При решении следующей задачи (сорбционной очистки стоков) в качестве сорбентов использовались минеральные порошки, представляющие собой оксиды металлов и не металлов. Все использованные сорбенты является либо отходом производства (Р–2), либо дешёвыми и недефицитными материалами, выпускаемыми отечественной промышленностью (Р–1, Р–3).

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--