Извлечение аммиака из сточных вод текстильного производства

В соответствии со сложившейся  практикой выделяемый воздух идет на сжигание или в систему удаления отходов 20. Аналогичным образом смесь воздуха и пара из паровой камеры 14, содержащая также некоторое количество аммиака, по линии 21 удаляется в виде отходов. Из-за низкой концентрации аммиака в этой смеси его выделение неэкономично.

3 ТЕХНОЛОГИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТОЧНЫХ ВОД  ОТ КРАСИТЕЛЕЙ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Известно, что текстильное производство потребляет большое количество воды — на производство 1 кг ткани затрачивается 100-200 кг воды. Сточные воды текстильных производств в качестве основных загрязнителей, содержат красители, соединения тяжелых металлов, поверхностно-активные вещества, вредные органические соединения и др. Очистка сточных вод текстильных производств от этих загрязнителей является основной задачей инженерной экологии на текстильных предприятиях. В докладе подробно рассмотрено создание системы локальной очистки сточных вод текстильного производства. В основе этой системы лежит блочный принцип размещения технологического оборудования, элементы которого конструктивно связаны друг с другом тепло- и массообменными потоками. Компактность оборудования и простота технологии позволяет использовать предложенное техническое решение непосредственно в месте образования технологических сточных вод, например, в красковарко-печатном цехе текстильных предприятий. Технологические сточные воды, очищенные от загрязнений, можно будет использовать повторно в технологических операциях, например, на стадии промывки тканей, что позволит частично или полностью решить проблему оборотного водоснабжения на текстильных предприятиях.   Создание локальной системы очистки технологических сточных вод на промышленных предприятиях непосредственно в месте образования загрязненных стоков является в настоящее время наиболее прогрессивной технологической инициативой, получившей название "cleaner production".   Предлагаемый путь решения задачи - разработка технологии и оборудования для локальной очистки производственных стоков от цехов текстильного производства, предусматривает создание для этих целей новой технологии и нового оборудования. Новая технология основана на использовании нового доступного отечественного углеродсодержащего гель-сорбента.   Особенностью действия этого нового гель-сорбента заключается в том, что образование сорбента происходит непосредственно в процессе выделения красителей и тяжелых металлов из стоков. Сорбент вместе с сорбированными частицами красителя и соединениями тяжелых металлов легко выводится из системы фильтрованием через слой углеродсодержащего материала с последующей термической обработкой фильтрата и переводом красителей и тяжелых металлов в биостабильную форму.   Новизна оборудования заключается в создании передвижного модуля, состоящего из трех основных зон (реагентная зона, зона осаждения и зона фильтрации) и представляющего собой передвижной колонный аппарат, в котором основные зоны конструктивно и технологически связаны массообменными и тепловыми потоками. Гель-сорбент имеет следующий состав и характеристики: зола 4-6 масс %; летучие 40-60 масс %; содержание общей серы в сухом веществе 1-2 масс %; состав (% на сухое беззольное состояние - на горючую массу): углерод - 65-80; водород - 3,5-5,5; азот - 0,2-1,5; сера и кислород, суммарно - 20-30; атомное отношение Н/С - 0,5-0,8; атомное отношение О/С -0,2-0,4.   Процесс выделения красителей и тяжелых металлов из технологического раствора проводят путем подкисления растворимой щелочной Na-формы углеродсодержащего гель-сорбента, имеющей рН = 7.05-13,8. Выделение сорбента проводят фильтрованием. Фильтровальным материалом является углеродсодержащий материал. Отработанный фильтровальный материал направляют на стадию термического окисления, а маточный раствор после фильтрования используют как оборотную технологическую воду на стадиях текстильного производства. Процесс по предлагаемой технологии проводят на установке для очистки сточных вод от красителей и тяжелых металлов, которая представляет собой секционный многофункциональный аппарат, конструктивно выполненный в виде колонны и состоящий из трех основных зон: реагентной, осаждения и фильтрования. Перспективой улучшения характеристик работы установки для очистки технологических сточных вод текстильных производств является оптимизация технологических режимов: соотношение и концентрация реагентов, кислотность среды, режим перемешивания и др. Оптимизация работы установки может быть осуществлена в результате накопления данных о работе установки и детального анализа этих данных.   Установка имеет модульный принцип (имеет три различные функциональные зоны). Высокая надежность работы обусловлена ее конструкционной простотой. Установка имеет два электропривода: насос для подачи исходной технологической сточной воды в верхнюю реагентную зону и привод перемешивающего устройства, расположенного в этой же зоне. Поскольку работа установки происходит в широких диапазонах изменения рН (от 2 до 13), оборудование выполнено из соответствующего материала. Работа на установке не требует специального обучения рабочего персонала, достаточно инструкции на рабочем месте. Единственным ограничением работы является объем перерабатываемых сточных вод. Текущий ремонт установки проводится не реже одного раза в месяц (проверка работы перемешивающего устройства, насосов, вентилей, удаление осадков на технологическом оборудовании и др.), капитальный ремонт - один раз в год.   Разработанная технология и установка предназначена для решения важной экологической проблемы - локальной очистки производственных стоков от цехов текстильного производства. В результате работы установки образуется сорбент и фильтрат. Сорбент (углеродсодержащий) содержит адсорбированные частицы красителей и соединения тяжелых металлов и после срабатывания отправляется на стадию термической обработки (сжигание), где полностью переводится в биостабильную форму. Фильтрат (технологическая вода) после нейтрализации используется в системе оборотного водоснабжения на текстильном предприятии. При реализации данной технологии и в ходе работы установки отсутствуют какие-либо отложенные экологические проблемы.

4 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 8-ОКСИХИНОЛИНА ПРИ УДАЛЕНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ТЕКСТИЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Проблема очистки сточных вод  в текстильной промышленности стоит  достаточно остро. Значительное число  предприятий отрасли или совсем не имеет очистных сооружений, или  имеющиеся системы не обеспечивают очистку СВ до уровня существующих требований. В сложившейся ситуации наиболее целесообразным считают организацию системы оборотного водопользования и систему локальной очистки с выделением из общего числа стоков наиболее вредных по составу, например, содержащих тяжелые металлы [1].

В текстильной промышленности наиболее загрязненными в токсикологическом  отношении являются сточные воды красильно-отделочного производства. Многие красители содержат в своем  составе металлы, а в технологии крашения или отделки используются металлсодержащие химические реактивы. В результате в сточных водах  обнаруживаются тяжелые металлы, например, хром, медь, железо, в количествах, намного  превышающих допустимые нормы [2].

Таким образом, существующие в настоящее  время на текстильных предприятиях системы очистки сточных вод  от тяжелых металлов не позволяют  достичь значений предельно допустимых концентраций, а предлагаемые методы глубокой очистки требуют больших  материальных затрат, соизмеримых со стоимостью самого производства. Поэтому  задача создания доступного и эффективного способа удаления ТМ из СВ текстильных предприятий является актуальной.

Содержание ионов металлов в  сточных водах текстильных предприятий, в отличие от предприятий металлообрабатывающей, химической промышленности и ряда других производств, относительно невелико - от единиц до десятых и сотых долей  мг на литр. Удаление ионов из их разбавленных растворов представляет наибольшую трудность. Достаточно эффективным приемом в этом случае является перевод металла из растворенной в осажденную форму с произведением растворимости, не превышающим 1^.10^-8 [3]. На практике ТМ обычно удаляют осаждением в виде гидроксидов, ПР которых значительно меньше указанной величины. Однако образующийся осадок имеет рыхлую структуру, повышенную растворимость за счет высокого солевого фона сточных вод. В случае низкоконцентрированных растворов металлов образуется слабый коллоидный раствор, требующий дальнейшей операции - коагулирования.

Известен целый ряд органических соединений, которые образуют с ионами металлов малорастворимые комплексные  соединения. В настоящей работе изучается  возможность использования 8-оксихинолина (оксина) для реагентного выведения ионов тяжелых металлов из сточных вод текстильных предприятий. Действие этого соединения определяется наличием в его молекуле функциональной группировки гетероциклического азота N- с основными свойствами в сочетании с фенольной R-OH группой, обусловливающей кислотные свойства реагента. В результате в растворе оксихинолин взаимодействует с ионами многих металлов в широкой области концентраций ионов водорода, образуя устойчивые, малорастворимые хелатные соединения [4]:

\

Важнейшая особенность 8-оксихинолина состоит в том, что он взаимодействует  с ионами элементов при тех  же значениях рН, при которых эти  ионы начинают гидролизоваться, а произведения растворимости образующихся комплексов, особенно двухвалентных металлов, на несколько порядков ниже, чем значения ПР соответствующих гидроксидов. Предлагаемый препарат не селективен, и его избыток может быть удален с осадком других металлов, например, железа или алюминия, которые вводятся в СВ в качестве коагулянтов.

Для выявления возможности и  условий осаждения ионов металлов из их разбавленных растворов с помощью  оксихинолина проводили предварительные исследования на имитаторах металлсодержащих сточных вод, в качестве которых использовали растворы ионов металлов - сульфата меди (II) концентрации 7,8^.10^-6 моль/л. Осадитель-комплексообразователь готовили в виде раствора концентрации 7^.10^-3 моль/л в уксусной кислоте при рН 3,5, гидроксида натрия - при рН 13 и в этиловом спирте. Определенный объем 50 мл исходного раствора металла смешивали с необходимым количеством раствора лиганда и доводили до заданного значения рН раствором NaOH концентрации 0,1 моль/л. Полученный раствор выдерживали при комнатной температуре для вызревания осадка в течение нескольких часов. Реакции образования оксихиналинатов металлов протекают быстро и необратимо. Для визуального наблюдения осадка использовали стадию созревания, т.к. общее количество ионов меди в каждом опыте не превышало 0,025 мг. В зависимости от условий осаждения наблюдали светло-зеленые кристаллы образовавшихся комплексов. Количество оставшихся в растворе ионов металла определяли экстракционно-фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом свинца в CCl₄ [5]. Взаимодействие ионов меди с оксихинолином проводили при различных значениях концентрации водородных ионов и соотношениях металл : лиганд, равных 1:3, 1:6, 1:9. Осадитель-комплексообразователь 8-оксихинолин малорастворим в воде, поэтому исследовали его растворимые формы в кислоте, щелочи и спирте. Установлено, что наиболее устойчивой формой осадителя являются его кислые, в данном случае ацетатные, растворы. Приготовленный специальным методом, он может храниться почти неограниченно долго. Спиртовый и щелочной растворы оксина, менее устойчивые во времени, лучше использовать свежеприготовленными и хранить на холоде при защите от света.

Видно, что для щелочной формы  оксина область максимального извлечения ионов меди (90-92 %) наблюдается в широком интервале концентраций ионов водорода, рН 5-11. Для кислой и спиртовой форм максимальная степень удаления ниже, не более 80-86 %, и достигается в более узком диапазоне рН - 7,5-9,5. Оксихинолин, как слабое основание, в кислой среде значительно протонируется и находится, главным образом, в виде катиона H₂R⁺. В результате многие металлы уже в кислой среде реагируют с лигандом, замещая атом водорода в фенольном гидроксиле и образуя координационную связь с азотом. При этом выделяются два протона, раствор несколько закисляется. Снижение рН для кислой формы оксихинолина особенно характерно при осаждении в нейтральной и слабощелочной среде (табл.). В щелочных растворах лиганд находится в виде аниона R^-, и образование комплекса происходит без заметного изменения кислотности среды. В результате комплекс Cu²⁺ c оксином в щелочной форме устойчив в более широкой области концентраций ионов водорода, чем комплекс Cu²⁺ с оксином в кислой форме (рис. 1).

Для оценки растворимости оксихинолятов меди раствор реагентов после смешения выдерживали в течение нескольких часов и контролировали образование осадка. Было замечено, что комплексы, полученные лигандом в форме катиона, в области максимального выхода в зависимости от времени вызревания образуют ярковыраженный осадок - светло-зеленые хлопья, иглы или пучки. Для спиртовой формы при осаждении Cu²⁺ наблюдали хлопьевидный осадок, который со временем растворялся. При взаимодействии Cu²⁺ с оксином в анионной форме раствор оставался практически прозрачным при выстаивании до 72 часов и девятикратном избытке лиганда. Следует отметить, что в отсутствии комплексообразователя при добавлении щелочи к раствору меди вплоть до рН 12 осадок гидроксида металла не образовался. Следовательно, наибольшей растворимостью при одинаковых условиях обладают медные комплексы щелочной формы оксина, наименьшей - кислой. Различные значения максимальной степени извлечения ионов меди растворами оксихинолина в кислой, щелочной и спиртовой формах (рис. 1), по-видимому, можно объяснить различными значениями констант устойчивости образующихся комплексов К и произведений растворимости ПР их осадков.

Зависимость степени извлечения ионов  меди оксихинолином в щелочной форме от количества лиганда и времени вызревания в условиях оптимального осаждения рН 11 представлена на рис. 2

Видно, что при минимальном избытке  лиганда, необходимом для количественного осаждения меди - соотношение металл : лиганд 1:3 (50 %-ный избыток против стехиометрии) - можно достичь максимальной степени извлечения 90-95 %, увеличивая время вызревания осадка до 48 часов. Однако это не всегда приемлемо, особенно в условиях производства. Используя избыток комплексообразователя, можно значительно уменьшить время осаждения. При 6-ти и более кратном избытке лиганда время вызревания практически не влияет на полноту удаления ионов меди (рис. 2a).

В результате на примере разбавленных растворов меди было установлено, что 8-оксихинолин является эффективным  реагентом для удаления ионов  металлов из низкоконцентрированных металлсодержащих растворов. Осаждение следует проводить в нейтральных и слабощелочных средах в 6-9-кратном избытке комплексообразователя. В качестве последнего нужно использовать растворы оксина в кислоте рН 3-3,5 или спирте. Степень извлечения составляет 90-95 %.