Фотогальванохимическая очистка сточных вод от красителей

Наиболее широкое распространение для очистки сточных вод от красителей получили коагуляционные методы. Однако при применении коагулянтов дополнительно повышается солесодержание сточных вод, что снижает возможность их многократного использования, возникает проблема рационального использования и захоронения осадков. Кроме того, необходимо отметить, что коагуляционные методы малоэффективны для глубокой очистки сточных вод. В связи с этим особого внимания заслуживают комбинированные процессы с использованием методов, базирующихся на гальванокоагуляции. Достаточно ёмкое определение метода гальванокоагуляции дано авторами [1] – это использование работы короткозамкнутого гальванического элемента для введения в воду катионов металлов без эквивалентного введения анионов и осуществления окислительно-восстановительных процессов с целью очистки воды без применения внешнего источника тока. Ранее показана высокая эффективность применения комбинированного метода, сочетающего гальванохимическое окисление и ультрафиолетовое облучение для обезвреживания стойких органических соединений [2].

Цель данной работы – изучить возможность применения гальванохимического метода очистки для удаления красителей из сточных вод на примере кислотного красителя Acid Yellow 3.

Экспериментальная часть

В качестве объекта исследований был использован водный раствор красителя Acid Yellow 3 (хинолиновый) с концентрацией 20 мг/л, рН 6.3. Эксперименты по химической коагуляционной обработке проводили методом пробной коагуляции. Гальванокоагуляционную обработку (ГК) и гальва-нохимическое окисление (ГХО) проводили по методике, описанной в [2].

Концентрацию красителя определяли фотометрическим методом на характеристической длине волны 412 нм на приборе UV-VIS Agilent 8453. Ранее исследователями было достоверно установлено, что о степени полной деструкции красителя можно судить по изменению интенсивности поглощения раствора в коротковолновой области [3]. В данной работе степень полной деструкции красителя Acid Yellow 3 определяли по изменению интенсивности поглощения при длине волны 316 нм.

Проведенные эксперименты позволили установить, что эффект обесцвечивания раствора красителя, в пересчете на единицу введенного железа при гальванокоагуляции выше, чем при химическом коагулировании (рис. 1). Это можно объяснить различиями механизмов химического и электрохимического коагулирования. Одно из принципиальных отличий гальванокоагуляции от химической коагуляции заключается в получении в процессе электролиза реакционноспособных промежуточных гидроксокомплексов, образующих при дальнейшем гидролизе гидроксиды неупорядоченного строения, структурные особенности которых обеспечивают их повышенную сорбционную способность. Кроме того, при гальванохимическом коагулировании могут изменяться также свойства удаляемых компонентов, реакционная способность которых усиливается за счет их частичного анодного окисления [4].

М.Р. Сизых, А.А. Батоева. Фотогальванохимическая очистка сточных вод от красителей

Рис. 1. Сравнение эффективности удаления красителя Acid Yellow 3 коагуляционными методами.

Рис. 2. Обесцвечивание раствора Acid Yellow 3 (1,3,4) и его минерализация (2,5) при ГК (1), ГХО (2,3) и ГХО+УФ (4,5). Концентрация ПВ = 100 мг/л.

Несмотря на высокую удельную эффективность удаления красителя, степень обесцвечивания раствора при гальвакоагуляционной обработке составляет всего 40%. При добавлении пероксид водорода (ПВ) в процессе гальванокоагуляции реализуются условия для каталитического окисления органических примесей реагентом Фентона (Н 2 О 2 /Fe²⁺) [5]. Одновременно за счет окисления кислородом воздуха Fe(II) происходит образование активных коагулянтов в форме гидроксосоединений Fe(III), тем самым создаются условия для сорбционного удаления из обрабатываемой воды продуктов неполного разложения органических соединений. Процессы обработки окрашенных сточных вод, базирующиеся на реакции Фентона, принято рассматривать как пероксокоагуляцию, включающую не только окислительную деструкцию, но и коагуляционную составляющую [6, 7].

Эффективность обесцвечивания раствора красителя после гальванохимического окисления возрастает практически в 2 раза (рис. 2, кривые 1 и 3). Однако полного обесцвечивания растворов в данных условиях не происходит, возможно, за счет образования промежуточных окрашенных комплексных соединений. Интенсифицировать окислительный процесс позволяет дополнительное УФ – облучение (рис. 2, кривые 4 и 5). При этом в комбинированной системе наблюдается практически полное обесцвечивание раствора и высокая степень минерализации.