Анализ оптимальных параметров при очистке сточных вод гальванопроизводств от никеля различными электрохимическими методами

assistant of the department "Safety of production and industrial ecology"

students of masters

1 course, faculty of "protection in emergency situations" Ufa State Aviation Technical University, Russia, Ufa scientific director: Krasnogorskaya N.N.

ANALYSIS OF OPTIMUM PARAMETERS FOR CLEANING

WASTEWATER GALVANO PRODUCTION FROM NICKEL WITH DIFFERENT ELECTROCHEMICAL METHODS

A conclusion was drawn on the determination of optimal parameters for effective sewage treatment.

Сточные воды, которые образуются на предприятиях гальванопроизводств, имеют определенный химический состав, определяющийся видом и технологией перерабатываемого сырья. Наиболее распространенными загрязнителями сточных вод гальванопроизводств являются ионы тяжелых металлов: медь, цинк, никель, хром и другие. Особенно опасными являются ионы никеля, которые попадая в организм человека, обладает общетоксическим и кумулятивным действием

(накапливаются в почках, печени, поджелудочной железе), а также аллергенным, канцерогенным и мутагенным действием [1].

В настоящее время электрохимические методы очистки сточных вод от загрязняющих веществ гальванопроизводств находят все более широкое применение, поскольку обладают следующими преимуществами по сравнению с другими способами очистки сточных вод:

• •     более высокая степень очистки;

• •     меньшие энергозатраты;

• •     простота эксплуатации и обслуживания;

• •     отсутствие реагентов;

• •     возможность создания оборотных систем водоснабжения [2].

Основную роль в электрохимическом методе играют состав и температура электролита, поверхностное натяжения на границе раздела фаз «электрод - раствор», материал электродов, их формы и шероховатости поверхности, плотности тока, pH. Изменяя перечисленные параметры, можно корректировать в зависимости от характера загрязнений технологический процесс очистки воды.

При анализе литературных данных, выявлено, что большое внимание для определения оптимальных параметров очистки сточных вод от никеля (Ni) и других тяжелых металлов уделяется процессам электрокоагуляции, электроионизации, электроосаждения.

В работе авторами Liu S., Ye X., He K., Chen Y., Hu Y. [3] был исследован метод очистки сточных вод - электрокоагуляция (EC) с гибридными электродами Fe/C/Al для извлечения ионов фторида и никеля из сточных вод. Основное внимание в исследовании было уделено техническим параметрам таким, как анодный электродиск, время очистки, межэлектродное расстояние (5-40 мм), плотность тока (1,88-6,25 мА/см2) и начальный рН (4-10). Результаты исследования показали, что эффективное извлечение никеля и фторида было получено за счет увеличения плотности тока и времени очистки, но это привело к возрастающему потреблению энергии. 86% фтора и 98% Ni (II) были извлечены путем проведения электрокоагуляции, при помощи электродов Fe/C/Al EC с плотностью тока 5,00 мА/см2 и межэлектродным расстоянием 5 мм, при рН = 4, в течение 25 мин, а потребление энергии составило 1,33 кВт∙ч/м3. Сопутствующие загрязнители также были эффективно извлечены. Содержание Hg, Mn, Pb, Cd, Cu и химическое потребление кислорода было снижено на 90%, 89%, 92%, 88%, 98% и 99,9% соответственно, что соответствовало строгим экологическим нормам.

В следующей работе авторами Li S., Qiu C., Sun L., Zhong Y., Lo S. [4] с помощью алюминиевого электрода было исследовано извлечение Cd²⁺ и Ni²⁺ из сточных вод методом электрокоагуляции . Была исследована эффективность процесса электрокоагуляции от таких параметров, как плотность тока, время реакции, рН и расстояние электродов. При оптимальных рабочих условиях степень удаления Cd²⁺ и Ni²⁺ может достигать 99,99%. При добавлении в сточную воду додецилсульфата натрия (SDS) (5,0 мг/) эффективность тока, при извлечении Cd²⁺, увеличилась с 1,4% до 8,0%. Время реакции может уменьшаться с 12 мин до 10 мин, при той же степени удаления = 99,52%, что и для процесса удаления Ni ²⁺.

Авторами Lu H., Wang Y., Wang J. [5] было проведено исследование нового комплексного двухступенчатого процесса электроионизации для извлечения Ni²⁺ и чистой воды с использованием смоделированной никель-гальванической промышленной сточной воды. На основе кривой характеристик было определено, что рабочее напряжение для первой ступени очистки составляет 15 В, а напряжение при второй ступени очистки - 25 В. Эффективность удаления комплексного двухступенчатого процесса электроинозации составила более 99,8% Ni²⁺ из смоделированной никель-гальванической промышленной сточной воды: на первой ступени, при концентрации Ni²⁺ равной 50 мг/л, эффективность очистки составила 94%

Ni2+ и на второй ступени – приблизительно 96,7%. Кроме того, при использовании замкнутой циркуляции потока при очистки промышленной сточной воды, концентрация Ni2+ в воде достигла 11,031 мг/л. Чистая вода с удельным сопротивлением более 1,6 МОм/см, была получена путем глубокой очистки на второй стадии и повторно использовалась в качестве технологической воды. С перерабатывающей мощностью 1,0 м3/ч комплексный двухступенчатый процесс электроионизации может ежегодно сокращать объемы сброса сточных вод на 7200 м3 и объем утилизации осадка на 12,8 тонны, при этом ежегодная прибыль составляет 208 400 юаней. Эти результаты при очистке гальванических промышленных сточных вод свидетельствуют о том, что этот комплексный двухступенчатый процесс электроионизации может быть экономически выгодным с улучшенными экологическими преимуществами.

В исследовании авторами Belhamel K., Ludwig R., Benamor M. [6] представлена мембрана ПВХ на основе (N-фенилтиокарбамоилметокси) каликсарен, которая используется в качестве электроактивного вещества. Электрод описывает уравнение Нернста для Ni²⁺ в широком диапазоне рН с наклоном линейной части (5×10^(-6)-1×10^(-2) M, R = 0,988) 29,75+/-0,2 мВ. (-1), при 25 °С. Чувствительность электрода усиливается, при введении тетрафенилбората натрия в мембрану, в качестве отрицательно заряженной липофильной добавки. Коэффициенты избирательности различных ионов определялись с использованием метода фиксированных помех. Мембрана обладает хорошей селективностью ионов никеля, по сравнению с другими исследованными ионами металлов. Срок эксплуатации этого электрода составляет около одного месяца.

Следующая работа авторов Djaenudin W., Hariyadi H.R., Wulan D.R.,Cahyaningsih S. [7] также посвящена очистке сточных вод от никеля. Цель исследования авторов состояла в том, чтобы изучить работу двойной камеры электроосаждения (DCEC) для удаления ионов никеля. Для отделения двух камер использовались листья водяного гиацинта (Eichhornia crassipes). Эксперимент проводился с гальваническими сточными водами в течение 72 часов. Проводился мониторинг изменения рН, электрического тока и концентрации ионов никеля в католите. В качестве сравнения проводился эксперимент с ячейкой одиночной камеры электроосаждения (SCEC). После 72 часов работы DCEC концентрация ионов никеля в католите уменьшилась с 2200 г/м-3 до 0,4 г/м-3, что эквивалентно извлечению с эффективностью = 99,98%. Реактор DCEC работал лучше, чем реактор SCEC, эффективность извлечения которого составила только 59%. Результаты показывают, что почти полное удаление ионов никеля может быть достигнуто с помощью DCEC. Листы водяного гиацинта могут использоваться в качестве недорогих альтернатив для промышленных мембран.

Таким образом, при анализе литературных данных выявлено, что диапазон параметров, влияющих на эффективность очистки сточных вод от ионов никеля, также от других тяжелых металлов электрохимическими методами, очень широк. При различных электрохимических методах очистки сточных вод длительность процесса варьируется от 10 до 25 минут, а эффективность очистки достигает 99 %.