Проекты

Сорбционная очистка сточных вод гальванического производства от смесей тяжёлых металлов и органических компонентов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Нанотехнология, Прикладная химия, Промышленная экология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 950
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Гальванические покрытия применяются во многих отраслях промышленности. Все гальванические процессы связаны с большим водопотреблением, а, следовательно, и с большим образованием сточных вод.

Ежегодно в России в промывную воду попадает до 3500 тонн цинка, 2000–2500 тонн никеля и до 2500 тонн меди, а также тысячи других металлов, минеральных кислот и щелочей.

Очистка сточных вод гальванического производства и сокращение поступления гальванических отходов в окружающую среду является актуальной задачей на сегодняшний день.

Одним из перспективных методов обезвреживания гальванических сточных вод является сорбционная очистка. Данный метод более предпочтителен для обработки промывных вод, так как эффективен при низких концентрациях загрязнений.

Наиболее универсальными из адсорбентов являются активированные угли. С их помощью возможно практически полное удаление из растворов органических соединений и ионов тяжёлых металлов.

Цель

Изучение процессов очистки сточных вод гальванического производства от тяжёлых металлов и органических компонентов с помощью активных углей.

Задачи

1. Приготовить модель сточной воды.

2. Выбрать активные угли для водоочистки.

3. Провести эксперименты по очистке модельной воды активными углями: определить вид, дозу угля и время перемешивания, обеспечивающие очистку воды до норматива.

4. Оценить эффективность отделения отработанного угля от воды отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием.

5. Составить технологическую схему адсорбционной установки очистки сточных вод.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Фотоколориметр
  • Бюретка для титрования
  • Атомно-абсорбционный спектрометр
  • Цифровой микроскоп
  • Центрифуга
  • Магнитная мешалка
  • Электроплитка с обратным холодильником
  • Активные угли для водоочистки ОУ и КАД
  • Химическая посуда
  • Реактивы

Описание

В ходе выполнения работы были приготовлены две модели сточной воды, одна из них содержала ионы тяжёлых металлов (Cu2+, Ni2+, Zn2+) в концентрации 25 мг/л, а другая – органический компонент (ОЖ-1) в концентрации 100 мг/л. Очистку проводили активными углями ОУ и КАД дозировкой 1 и 5 г/л в течение 5–45 минут. Выбор данных активных углей обусловлен малым размером частиц (для высокой скорости очистки) и содержанием в них микропор (для поглощения ионов тяжёлых металлов) и мезопор (для поглощения более крупных молекул ОП-7).

Результаты проведённых опытов показали, что активный уголь ОУ лучше очищает сточную воду от ионов тяжёлых металлов, а КАД – от органических компонентов. Доза угля – 5 г/л и время перемешивания в 45 минут обеспечивают очистку сточной воды от ионов цинка и меди до норматива водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, а также очищают сточную воду от органических компонентов на 65 %.

Отделение отработанного угля от воды проводилось путём отстаивания, фильтрования и центрифугирования, при этом наиболее эффективным из них оказалось центрифугирование.

В ходе работы были использованы следующие методы исследования:

  • теоретические: анализ и синтез, классификация, выдвижение гипотезы;
  • эмпирические или практические: наблюдение, экспериментальные (фотометрический метод, титриметрический анализ, атомно-абсорбционная спектрометрия, адсорбционный метод очистки, отстаивание, фильтрование, центрифугирование, коагуляция).

Результаты работы/выводы

1. Выбранные активные угли марок КАД и ОУ дозировкой 5 г/л и временем перемешивания в 45 минут очистили модельную сточную воду только от ионов меди и цинка до ПДК хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

2. Угли для водоочистки ОУ более эффективно очистили воду от ионов тяжёлых металлов, чем КАД. Предполагается, что это связано с большими объёмами сорбирующих пор ОУ.

3. Степень очистки модельной сточной воды от органических компонентов была более высокой при использовании угля марки КАД и составила 65 %.

4. Предполагается, что это связано с истираемостью угля ОУ и вторичным загрязнением им воды.

5. Наиболее эффективным способом отделения отработанного угля от воды является комплексная очистка, основанная на процессах центрифугирования.

6. На основании проведённых опытов была составлена технологическая блок-схема адсорбционной установки очистки сточных вод.

Перспективы использования результатов работы

Гальванические предприятия сбрасывают многокомпонентные стоки, которые содержат как смеси ионов тяжёлых металлов, так и органические компоненты. Требования к сбрасываемой воде постоянно ужесточаются, и предприятия платят огромные штрафы, так как не располагают методами очистки от смесей ионов тяжёлых металлов и органических компонентов. Поэтому они заинтересованы в разработке конструктивно простых и эффективных технологий очистки. Таким методом является сорбционная очистка. Результаты нашей работы позволят спроектировать очистные сооружения для гальванических предприятий. Перспективы развития исследовательской работы – регенерация извлеченных металлов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РХТУ им. Д. И. Менделеева, кафедра промышленной экологии

Награды/достижения

Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ – победитель.