Комплексне очищення стічних вод від барвників

Найбільш поширеними методами для дестабілізації стійкої колоїдної системи стічних вод (СВ), забруднених барвниками, є коагуляційні методи, оскільки крім зниження забарвлення води та хімічного і біологічного споживання кисню вони дозволяють видалити стабілізовані колоїдні домішки, які надають воді високої мутності.

Недоліками реагентних методів є невисокий ступінь очищення, особливо за знебарвленням, необхідність емпіричного підбору реагентів, труднощі в їх дозуванні, утворення значної кількості осадів, необхідність знешкодження, поховання або складування останніх.

Застосування деструктивних методів очищення стічних вод від барвників мають ряд істотних переваг в порівнянні з реагентними. В першу чергу, це їх висока ефективність і технологічність, компактність, простота автоматизації і керування. В більшості випадків при їх реалізації не утворюються осади. При деструктивному очищенні органічні барвники розщеплюються до більш простих, легко окисних органічних продуктів або мінеральних сполук. Проте використання методів каталітичного окиснення є доцільним як метод доокиснення після попередньої коагуляційної обробки стічних вод, забруднених барвниками, з метою видалення стійкої колоїдної системи.

Розповсюдженим деструктивним методом очищення СВ від барвників, характерних для стічних вод текстильних підприємств, є глибоке окиснення барвників у СВ за допомогою озону [1]. Порівняння методів коагуляції і озонування показало, що ефект знебарвлення у випадку озонування вищий, ніж при обробці коагулянтами [2]. В той же час, озонування СВ, які не пройшли попереднього очищення, нераціонально із-за різкого підвищення витрат озону на окиснення високих концентрацій різноманітних органічних речовин молекулярного і колоїдного ступеня дисперсності.

До деякої міри альтернативним озонуванню є глибоке окиснення продуктів руйнування барвників у СВ за допомогою інших видів окисників. В якості такого окисника використовують водню пероксид. До його основних технологічних переваг слід віднести високу розчинність у воді, стабільність, можливість обробки води в широкому діапазоні температур, просте апаратурне оформлення. Особливо ефективно процес окиснення відбувається за присутності каталізатора. Проте при очищенні CВ водню пероксидом не завжди вдається досягти необхідного ступеня очищення, оскільки такі органічні сполуки, як бензол, толуол, етанол та інші є стійкими до дії Н2О2, а швидкість окиснення при обробці розбавлених СВ досить низька. У зв’язку з цим широко застосовуються окисні методи, засновані на диспропорціонуванні водню пероксиду з утворенням реакційно-спроможних гідроксидних радикалів ОН•; останні є електрофільними реагентами і можуть взаємодіяти з донорами електронів. До таких окисних методів можна віднести фотоліз Н2О2 і його каталітичний розклад під дією іонів Fe2+ (система Фентона) [3,4].

1. Експериментальна частина
1.1. Матеріали

Модель стічної води текстильних підприємств України, забрудненої барвником – барвник активний яскраво-блакитний КХ (С23H12O2N6(SО3Na)2Cl2) концентрацією 10 та 100 мг/дм3.

Коагулянт FeSO4·7H2O; водню пероксид; товарний і регенерований розчин коагулянту феруму (III) сульфату. УФ-випромінювання (λ = 253 нм).

1.2 Методики

Як об’єкт дослідження використовували модельні зразки стічної води текстильних підприємств України, які містили 100 мг/дм3 барвника активний яскраво-блакитний КХ. Коагуляційну обробку модельних розчинів СВ проводили за допомогою коагулянту FeSO4·7H2O при рН 9 – 9,5 протягом 60 хвилин.

Об’єктом окисної обробки реактивом Фентона та його модифікаціями слугували вказані модельні розчини стічної води після коагуляційного очищення, які містили 10 мг/дм3 барвника активний яскраво-блакитний КХ.

2. Результати та обговорення

2.1. Механізм коагуляційного очищення СВ, забруднених барвником активним яскраво блакитним КХ

При дослідженні ефективності очищення стічних вод, забруднених барвником активним яскраво-блакитним КХ, коагуляційним методом спочатку порівняли ефективність двох коагулянтів, а саме FeSO4 та Al2(SO4)3. Встановлено, що при дозі Al2(SO4)3 250 мг/дм3 ступінь видалення барвника лише 56,43 %, а при застосуванні ферумвмісного коагулянту він становив 82,56 %, що є технологічно прийнятним. Отже, для коагуляційного очищення об’єкту дослідження у якості коагулянту доцільно використовувати FeSO4.

Механізм очищення СВ барвника ферумвмісним коагулянтом можна представити наступним чином:

1 стадія – утворення аквакомплексу феруму (II):
[Fe(H2O)6]SO4 + 2NaOH = [Fe(H2O)6](OH)2 + Na2SO4;
2 стадія – утворення продуктів гідролізу феруму (II):
a) 4[Fe(H2O)6](OH)2 + O2 + 2H2O = 4[Fe(H2O)6](OH)3;
b) 3Fe(H2O)6](OH)2 + ½O2 = FeO·Fe2O3 + 21H2O;
c) 4[Fe(H2O)6](OH)2 + O2 = 4FeO(OH) + 26H2O;
3 стадія – взаємодія гідроксиду феруму (III) з  барвником активним яскраво-блакитним КХ:
[Fe(H2O)6](OH)3 + С23H12O2N6Cl2(SО3Na)2 = [Fe(H2O)6](ОН)С23H12O2N6Cl2(SO3)2 + H2O + + 2NaOH.

Після коагуляційного очищення СВ, забруднених барвником активним яскраво-блакитним КХ, утворюються ферумвмісні осади, в яких залишається до 40 % феруму, тому є доцільним використовувати подібні осади водоочищення після регенераційно-знезараджувальної обробки в якості коагуляційного реагенту багаторазової повторної дії.

Вилучення феруму з осадів водоочищення проводили селективним розчиненням утвореного осаду сульфатною кислотою. Встановлено раціональні умови перебігу процесу селективного розчинення: концентрація сульфатної кислоти більше 20 %, надлишок сульфатної кислоти 1,5, температура 308 К та тривалість проведення процесу не менше 30 хв. Ступінь вилучення феруму з осаду склав 90–95 % в залежності від характеристик осаду.

Розчинення феруморганічного осаду перебігає з утворенням сульфату феруму (III), тобто розчину коагулянту, який можна використовувати повторно в технології водоочищення при очищенні типових СВ. Концентрація регенерованого розчину коагулянту за ферумом склала 8–10 г/дм3, в залежності від дози коагулянту, яка необхідна для видалення барвника зі стічних вод коагуляційним методом.

3.2. Застосування реактиву Фентона та його модифікацій для окиснення залишкового вмісту барвника у СВ після коагуляційного очищення

Досліджено ефективність доочищення стічних вод після первинної коагуляц2ійної обробки, забруднених барвником активним яскраво-блакитним КХ, окисненням останнього реактивом Фентона при різній концентрації пероксиду водню (рис. 1).

Встановлено, що при внесенні в оброблювану систему розчину FeSO4 у якості каталізатору, ефективність очищення (знебарвлення) стічної води відносно низька: до 72 %. Деяке підвищення до 76 % ефективності руйнування барвника досягається його окисненням реактивом Фентона під дією УФ-випромінювання (рис. 1 крива 2). Цей ефект обумовлений фотовідновленням невеликої кількості залишкових аквакомплексів тривалентного феруму, в результаті чого в системі утворюється додаткова концентрація каталізуючих іонів Fe2+.

Оскільки з метою зменшення кількості відходів водоочищення за даною технологією пропонується використовувати багаторазоворегенерований розчин коагулянту феруму (III) сульфату, то доцільно дослідити ефективність цілеспрямовано внесених у складі регенерованого коагулянту іонів Fe3+ як каталізатора в системі [H2O2]/[Fe3+] на ступінь знебарвлення стічної води, забрудненої барвником активним яскраво-блакитним КХ після первинної коагуляційної обробки.

Встановлено, що при цьому ефективність видалення барвника збільшується до 78 % (рис. 1, крива 3). За умови ще й УФ-випромінювання ступінь руйнування органічного барвника до простих речовин може бути збільшено до 85 %, проте активна дія іонів Fe3+ зі складу регенерованого коагулянту вища (рис. 1, крива 5) в діапазоні концентрацій водню пероксиду від 0,295 до 0,300 моль/дм3, аніж зі складу технічної солі Fe2(SO4)3 (рис. 1, крива 4). Вища каталітична активність регенерованого коагулянту пояснюється наявністю в ньому вільної сульфатної кислоти, яка ініціює утворення ОН•.

   
Рис. 1. Вплив різних окисних систем на ефективність деструкції барвника

Ефективним для знебарвлення СВ виявилось використання іммобілізованого титану (IV) оксиду у поєднанні з УФ-опроміненням.


Рис. 2. Вплив концентрації ТіО2 на ефективність деструкції барвника.

Цей ефект базується на здатності оксидів перехідних металів прискорювати утворення гідроксид-радикалів за рахунок фотоемісії електронів з поверхні перехідних металів [5]. В результаті при внесенні в стічну воду розчину феруму сульфату (III) і порошку ТіО2 у кількості 0,2 мг/см3 ступінь окиснення скл ав майже 90 % (рис. 2).

Для дослідження впливу концентрації водню пероксиду на вилучення (руйнування) органічного барвника зі стічних вод каталітичною системою з використанням ТіО2 проведено окремі досліди.

Встановлено, що при збільшенні концентрації водню пероксиду від 0,295 до 0,303 моль/дм3 ступінь знебарвлення збільшується з 80 до 95 % (рис. 3).


Рис. 3. Вплив концентрації водню пероксиду на ефективність
знебарвлення стічної води.

Тоді залишковий вміст барвника складає 0,05 мг/дм3 і таку воду безпечно зливати в каналізацію.

Висновки

Для комплексного очищення стічних вод забруднених завислими речовинами різного агрегатного стану і органічними барвниками, запропоновано на першому етапі провести коагуляційну обробку з видаленням колоїдної системи та основної частини барвника до (90 %), а доочищення стоків реалізовувати фотоокисними методами. Досліджено ефективність застосування різних каталітичних систем і встановлено, що при застосуванні каталітичної системи [H2O2] / [Fe3+]/[ТіO2] / УФ ступінь знебарвлення стічної води після коагуляційної обробки з залишковим вмістом барвника активного яскраво-блакитного КХ 10 мг/дм3 досягає 95 %, при концентрації H2O2 0,303 моль/дм3 і ТіО2 0,2 мг/см3.

Список літератури

1. Моделирование деструкции органических примесей в воде при воздействии озона и ультрафиолетового излучения / Н. А. Мищук, В. В. Гончарук, В. Ф. Вакуленко [и др.] // Химия и технология воды. – 2003. – Т. 25. – № 4. – С. 305–319.

2. Cipparone I. A. Ozonation and BDOC removal: effect on water quality / I. A. Cipparone, A. C. Diehl, G. E. Speitel Jr. // J. Water Works Assoc. – 1997. – Vol. 89. – № 12. – P. 84–97.

3. Соложенко Е. Г. Применение каталитической системы Н2О2–Fe2+(Fe3+) при очистке воды от органических соединений / Е. Г. Соложенко, Н. М. Соболева, В. В. Гончарук // Химия и технология воды. – 2004. – Т. 26. – № 3. – С. 219–246.

4. Fenton type processes for minimization of organic content in coloured wastewaters. Part II. Combination with zeolites / H. Kesiz, A. L. Bociz, N. Koprivanac [et al.] // Dyes and Pigm. – 2007. – Vol. 74. – № 2. – P. 388–395.

5. Е.Н. Савинов. Фотокаталитические методы очистки воды и воздуха / Е.Н. Савинов. // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6. – № 11. –С. 52 – 56.

УДК 628.543
Косогіна І. В.  Комплексне очищення стічних вод від барвників [Електронний ресурс]  / [Косогіна І. В., Астрелін І. М., Толстопалова Н. М.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.601–604. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet