Очистка сточных вод промышленного предприятия

Приготовление: 174 мл 0,1н раствора К2Сr2О7 разбавили в мерной колбе до 1 литра дистиллированной водой. По каплям добавляли NaOH до достижения рН=9 (рН измеряли на рН - метре "Seven Easy").

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 300мг/л и хлорид - ионы

Приготовление: 174 мл раствора К2Сr2О7 разбавили до 1 литра дистиллированной водой и добавляли около 10 мл NaСI [15].

2.2. Определение содержания  хрома (VI) фотоколориметрическим методом

Фотоколориметрический метод основан на законе светопоглощения Бугера - Ламберта - Бера.

I=I0-10-ελС L

Где: I - слой вещества 

I0 - интенсивность падающего  светового потока 

ελ - величина молярного коэффициента поглощения  

С - концентрация поглощающего вещества 

L - толщина слоя раствора 

Величина молярного коэффициента поглощения  зависит от длины волны проходящего света, температуры раствора и природы растворенного вещества.

Молярный коэффициент поглощения отражает индивидуальные свойства окрашенных соединений и является их определяющей характеристикой [16].

Определение хромат - ионов основано на реакции с дифенилкарбазидом, в результате которой образуется соединение ярко-розового цвета. Измерение оптической плотности проводили на фотоэлектроколориметре КФК-2-УХЛ 4.2 при длине волны 540НМ, толщина кювет 30мм, используя метод калибровочного графика [15].

Построение калибровочного графика. Для построения калибровочного графика готовили растворы К2Сr2О7 следующих концентраций: 0,00004; 0,0001; 0,0002; 0,0003; 0,0004; 0,0006; 0,0008; 0,001 мг/мл.

В мерные колбы емкостью 100 мл отмерили с помощью бюретки 0 (холостая проба), 2,5,10,15,20,30,40,50 мл стандартного раствора (1 мл стандартного раствора содержит 0,002 мг Сr(VI)). В каждую колбу добавляли дистиллированную воду до 50 мл, затем с помощью мерных цилиндров приливали 1 мл Н2SO4 (1:1), 3 мл Н3РО4 (1:1) перемешивали и добавляли пипеткой 2 мл дифенилкарбазида. Доводили объем дистиллированной водой до 100 мл, перемешивали и через 5-10 минут измеряли оптическую плотность (Д). По результатам измерения оптической плотности построили калибровочный график в координатах Диссл, С(концентрация) Сr(VI) [15]. 

 

2.3. Очистка сточной воды  на анионите

Очистку проводили на анионите АВ-17-8, пропуская по 300 мл модельных стоков (п.2.1.2) через колонку с анионитом со скоростью 13 мл/с. Масса сухого анионита составляла 10г; объем набухшего анионита в колонке=38,5 мл. В очищенной воде определили концентрацию СrO42 - по измерению оптической плотности нашли по калибровочному графику, чему равна концентрация.

2.4. Регенерация СrО2-4

После пропускания через анионитную колонку модельных стоков, ее промывали несколько раз дистиллированной водой и 5% NaOH, до значения рН=10-11. Затем собирали промывной раствор для определения (оптической плотности и концентрации СrО42 - в нем.

Для контроля за содержанием регенерированного СrО2-4 отбирали с помощью пипетки 1 мл промывного раствора и добавляли в него 1мл Н2SO4 (1:1), 3мл Н3РО4 (1:1) перемешивали и добавляли пипеткой 2мл дифенилкарбазида. Доводили объем дистиллированной водой до 100 мл и через 10-15 минут определяли оптическую плотность (Д).

2.5. Нейтрализация стоков, содержащих цианиды

Нейтрализация заключается в окислении цианидов до цианатов газообразным хлором:

СN - + 2 ОН - + Cl2 → СNО - + 2Cl - + Н2О.  

После подачи 10%-го раствора щелочи NaOH (доводят рН до 13¸14) в резервуар подают газообразный хлор. После перемешивания для завершения реакции стоки сохраняются в спокойном состоянии 40-45 минут. В обезвреженных промстоках производится анализ на цианиды и остаточный хлор в химлаборатории. Содержание остаточного хлора должно быть не больше 20 мг/л.

В случае обнаружения остатков циана к стокам в реактор вновь добавляется хлор, производится перемешивание и отстаивание. После повторного анализа, при условии отсутствия цианидов, стоки перекачиваются насосами в смеситель теми же насосами, что перекачивают нейтрализованные хромовые стоки. 

В процессе подачи хлора особо следует следить за рН стоков, так как при снижении рН при хлорировании возможно образование чрезвычайно ядовитого хлорциана:

СN+Сl= СNСl.

Такая реакция возникает при наличии побочных продуктов, например гипосульфита натрия. Для гарантии от образования опасного хлорциана рекомендуется процесс нейтрализации производить при рН=13¸14 [11].

2.6. Определение содержания  цианидов в сточных водах 

 

 

 Фотометрический метод определения массовой концентрации цианидов основан на превращении цианида в хлорциан и взаимодействии последнего с пиридином и барбитуровой кислотой [12]. 

Методика определение цианидов  

Нужно взять 5 мл испытуемой воды и параллельно сделать холостую пробу при рН=5¸8. Добавить 0,2 мл хлорамина Т 0,1 % и 0,6 мл смешанного реактива (15см3 пиридин и 3г барбитуровой кислоты, 3см3 HClк в колбе емкостью 50 см3 ). Пробу выдержать 10 мин и затем измерить оптическую плотность на фотоколориметре. 

Построение калибровочного графика 

Измерение проводят при l=540 нм, толщина кюветы 10 мм, холостая проба - вода.

Для построения калибровочного графика готовят стандартный раствор. 1мл стандартного раствора содержит 0,5 мкг/дм3 цианидов.

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Очистка сточных вод  от хромат–ионов

Расчет полной обменной емкости.

На доведение рН р-ра до 10-11было израсходовано раствора NaCI 10 мл

а) Затрачено на титрование 6мл 0,1 н р-ра НСl

б) Затрачено на титрование 6,5 мл НСl

Средний объем равен 6,25 мл

СNaOH = CHCl · VHCl / VNaCI = 0,1 · 6,25/10 = 0,0625 моль/л

ПОЕ = Vобщ · СNaOH / m анионита

где: Vобщ - суммарный объем раствора, содержащий вытесненную из смолы щелочь, л 

С - концентрация щелочи, моль/л

ПОЕ = 88 · 0,0625/10 = 0,55 ммоль/г

Построение калибровочного графика 

Таблица 3

№ пробы (мл)	Оптическая плотность, D	Концентрация, С мг/л
2	0,07	0,04
5	0,16	0,1
10	0,31	0,2
15	0,485	0,3
20	0,64	0,4
30	0,95	0,6
40	1,3	0,8
50	1,5	1,0

Рис.1. Калибровочный график. Зависимость оптической плотности от концентрации СrО2-4.

1.1. Определение концентрации  Сr(VI) в модельном стоке после очистки.

По данным измерительной оптической плотности строим калибровочный график по нему определяем концентрацию после очистки.

Концентрацию рассчитывали по формуле:

С(Сr(VI)) = С · 1000 / V        

 где: С - содержание Сr(VI), найденное по калибровочному графику, мг/л        

  V - объем пробы, взятый для анализа, мл.        

 

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 100 мг/л и рH = 2 (кислая среда)

С(Сr(VI)) = 0,04 · 1000 / 40 = 1,0 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,05 · 1000 / 50 = 1,0 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (1,0 + 1,0) / 2 =1,0 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 200 мг/л и рН = 2 (кислая среда)

С(Сr(VI)) = 0,1 · 1000 / 40 = 2,5 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,13 · 1000 / 50 = 2,6 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (2,5 + 2,6) / 2 = 2,55 мг/л        

 

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН = 2 (кислая среда)

С(Сr(VI)) = 0,14 · 1000 / 40 = 3,5 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,18 · 1000 / 50 = 3,6 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) =(3,5 + 3,6) / 2 = 3,55 мг/л        

 

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 100 мг/л и рН = 7 (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = 0,03 · 1000 / 40 = 0,75 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,04 · 1000 / 50 = 0,8 мг/л        

 Определение средней  концентрации

Сср(Сr(VI)) = (0,75 + 0,8) / 2 = 0,775 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 200 мг/л и рН = 7 (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = 0,07 · 1000 / 40 = 1,75 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,08 · 1000 / 50 = 1,6 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (1,75 + 1,6) / 2 = 1,675 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН = 7 (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = 0,37 · 1000 / 40 = 9,25 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,47 · 1000 / 50 = 9,4 мг/л        

 Определение средней  концентрации

Сср(Сr(VI)) = (9,25 + 9,4) / 2 = 9,325 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН = 9 (щелочная среда)

С(Сr(VI)) = 0,02 · 1000 / 40 = 0,5 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,15 · 1000 / 50 = 3 мг/л        

 Определение средней  концентрации

Сср(Сr(VI)) = (0,5 + 3) / 2 = 1,75 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л в присутствии хлорид ионов

С(Сr(VI)) = 0,15 · 1000 / 40 = 3,75 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,17 · 1000 / 50 = 3,4 мг/л        

 Определение средней  концентрации

Сср(Сr(VI)) = (3,75 + 3,4) / 2 = 3,575 мг/л         

 

Степени очистки рассчитывали по формуле:

Ст.оч. = ((С0 - СК) / С0) · 100%

где: С0 - начальная концентрация СrО42–  

СК - конечная концентрация СrО42–

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 100 мг/л, рН = 2

Ст.оч. = ((100 - 1) / 100) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 200 мг/л, рН = 2

Ст.оч. = ((200 - 2,55) / 200) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л, рН = 2

Ст.оч. = ((300 - 3,55) / 300) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 100 мг/л, рН = 7        

 Ст.оч. = ((100 - 0,775) / 100) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 200 мг/л, рН = 7

Ст.оч. = ((200 - 1,675) / 200) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л, рН = 7

Ст.оч. = ((300 - 9,325) / 300) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л, рН = 9

Ст.оч. = ((300 - 1,75) / 300) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л и хлорид ионы

Ст.оч. = ((300 - 3,575) / 300) · 100 % = 99 %

Влияние рН среды на степень очистки

рН среды не влияет на степень очистки. Анионит полностью справился с очисткой при всех значениях рН в изученном интервале (табл. 4, 5, 6)

3.1.2. Определение концентраций  хромат - ионов в промывных растворах.

Промывной раствор 100 мг/л (кислая среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,03 · 1000/1 мл = 30мг/л  

Промывной раствор 200 мг/л (кислая среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,022 · 1000/1 мл = 22мг/л

Промывной раствор 300 мг/л (кислая среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,04 · 1000/1 мл = 40мг/л  

Промывной раствор 100 мг/л (нейтральная среда )

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,08 · 1000/1 мл = 80 мг/л  

Промывной раствор 200 мг/л (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,085 · 1000/1 мл = 85 мг/л 

Промывной раствор 300 мг/л (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,02 · 1000/1 мл = 20 мг/л  

Промывной раствор 300 мг/л (щелочная среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,02 · 1000/1 мл = 20 мг/л  

 Промывной раствор 300 мг/л (хлорид ионы)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,035 · 1000/1 мл = 35 мг/л

3.1.3. Определение величины  адсорбции

a = ((C0-Ck)/m )·V [ммоль/г] 

где: С0 - начальная концентрация СrО42– [моль/л] 

СК - конечная концентрация СrО42– [моль/л] 

m - масса сухого анионита [г] 

V - объем раствора пропущенного  через анионитную колонку [л] 

1. Величина адсорбции  модельного раствора "Сr(VI) 100 мг/л, рН=2"

а = ((1,92*10-3 - 0,019*10-3)/10) ·0,3=0,0570 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 200 мг/л, рН=2"

а = ((3,85*10-3 - 0,049*10-3)/10) ·0,3=0,114 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л, рН=2"

а = ((5,77*10-3 - 0,068*10-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

2. Величина адсорбции  модельного раствора "Сr(VI) 100 мг/л, рН=7"

а = ((1,92*10-3 - 0,014*10-3)/10) ·0,3=0,0570 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 200 мг/л, рН=7"

а = ((3,85*10-3 - 0,032*10-3)/10) ·0,3=0,114 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л, рН=7"

а = ((5,77*10-3 - 0,179*10-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

3. Величина адсорбции  модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л, рН=9"

а = ((5,77*10-3 - 0,033*10-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

4. Величина адсорбции  модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л и хлорид ионы"

а = ((5,77*10-3 - 0,068*10-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г   

 Таблица 4

Величины степеней очистки на анионите при начальной концентрации CrO2-4

100мг/л

Начальная концентрация Cr 100 мг/л	Степень очистки %
Концентрация после очистки мг/л С=1,0 С= 0,775	Ст.оч=99 Ст.оч=99

 

 

Таблица 5 Величины степеней очистки на анионите при начальной концентрации СrО2-4 200 мг/л

Начальная концентрация Cr 200 мг/л	Степень очистки %
Концентрация после очистки мг/л С=2,55 С=1,675	Ст.оч=99 Ст.оч=99

Таблица 6

Величины степеней очистки на анионите при начальной концентрации СrО2-4 300 мг/л

Начальная концентрация Cr 300 мг/л	Степень очистки %
Концентрация после очистки мг/л С=3,55 С=9,325 С=1,75 С=3,575	Ст.оч=99 Ст.оч=99 Ст.оч=99 Ст.оч=99

Таблица 7 Величины адсорбции хромат - ионов в зависимости от разности концентрации

Концентрация доочистки Сr (VI) моль/л (для 100 мг/л)	Концентрация после очистки СrO2-4 моль/л	Величина адсорбции Сr (VI) ммоль/г
С=1,92*10-3	С=0,016*10-3	а=0,0570
Концентрация доочистки Сr (VI) моль/л (для 200 мг/л)	Концентрация после очистки СrО2-4 моль/л	Величина адсорбции Сr (VI) _оль/г
С=3,85*10-3	С=0,040*10-3	а=0,114
Концентрация доочисткм Сr (VI) моль/л (для 300 мг/л)	Концентрация после очистки СrО2-4 моль/л	Величина адсорбции Сr (VI) ммоль/г
С=5,77*10-3	С=0,348*10-3	а=0,172