Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»зучение и разработка очистки стоков от ионов т€желых металлов — ќхрана природы, Ёкологи€, ѕриродопользование

ѕосмотреть видео по теме ƒоклада

“аблица 1

«ависимость концентрации ионов меди от соотношени€ площадей катода и анода.

Ќачальна€ концентраци€ ионов меди 124 г/л.

є

опыта

—оотношени€ площади катода к площади анода

ќстаточна€ концентраци€ ионов меди, г/л

„ерез 1 час

„ерез 1 сутки

1

2

3

1:1

1:2

1:5

3,901

2,920

2,173

1,035

0,411

0,290


“аблица 2

«ависимость концентрации ионов меди от вида цементатора и его количества.

Ќачальна€ концентраци€ ионов меди 125 г/л.

є

опыта

÷ементатор

ћасса, г.

¬рем€ очистки

ќстаточна€ концентраци€ ионов меди, г/л

1

2

3

4

5

6

јлюминий

÷инк

∆елезо

∆елезо

∆елезо

∆елезо

Ц

Ц

Ц

1

5

10

7 суток

7 суток

7 суток

20 мин

20 мин

20 мин

0,29

0,11

0,25

9,0387

0,5290

0,3932


†“аблица 3

–езультаты сорбционной очистки от меди и цинка модельных растворов и стоков,

to=20±2oC, перемешивание 30 мин. †††

є

опыта

ќчищаемый объект

»сходна€ концентраци€ мг/л

рH

ƒоза сорбента, г/л

ќстаточна€ концентраци€, г/л

Cu2+

Zn2+

–Ц1

–Ц2

–Ц3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

ћодельный раствор

1109

"

"

"

"

"

1326

"

"

"

"

"

8Ц9

"

"

6,5Ц7,5

"

"

0,5Ц1

"

"

6,5Ц7,5

"

"

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20,15

31,63

15,58

22,31

35,75

16,71

316,13

433,25

357,69

19,75

30,46

13,68

13

14

15

16

17

—ток щелочной

††† "†† кислотный

††† "† смешанный

††† "†††††††††† "

††† "† †††††††††"

1109

1326

1192

"

"

9Ц10

0,5Ц1

6,5Ц7,5

"

"

20

20

20

30

15

18,87

419,05

17,29

16,45

17,92

18

19

20

21

22

—ток щелочной

††† "†† кислотный

††† "† смешанный

††† "†††††††††† "

††† "†††††††††† "

613

580

600

"

"

9Ц10

0,5Ц1

6,5Ц7,5

"

"

20

20

20

30

15

11,34

197,93

8,87

8,54

9,09

23

24

25

26

27

28

29

30

ћодельный раствор

1050

"

"

"

"

"

50

"

7Ц8

"

"

5,5Ц6,5

"

"

7Ц8

5,5Ц6,5

20

20

20

20

20

20

10

10

32,21

39,05

30,07

36,83

45,45

33,01

0,209

0,290

31

32

33

34

35

36

—ток

1050

"

50

50

1050

1050

7Ц8

5,5Ц6,5

7Ц8

5,5Ц6,5

7Ц8

7Ц8

20

20

10

10

15

10

45,19

48,83

0,450

0,508

50,25

54,71


ѕ€та€ всероссийска€ научна€ конференци€

молодых исследователей

ЂЎаг в будущееї

Ђ»зучение и разработка способа

очистки стоков от ионов т€жЄлых металловї

–осси€, јстрахань

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† јвтор: ¬аскецов јлексей јлександрович

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† јстраханский государственный

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† технический университет,

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† V курс

†††††††††††††††††††† Ќаучный руководитель:  равцов ≈вгений ≈вгеньевич

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† к.х.н., профессор,

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† јстраханский государственный

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† технический университет


»зучение и разработка способа

очистки стоков от ионов т€жЄлых металлов


Ђ»зучение и разработка способа

очистки стоков от ионов т€жЄлых металловї

¬аскецов јлексей јлександрович

–осси€, јстрахань

јстраханский государственный

технический университет,

V курс

††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††


¬ведение

≈жегодно в сточных водах гальванических цехов тер€етс€ более 0,46 тыс€ч тонн меди, 3,3 тыс€ч тонн цинка, дес€тки тыс€ч тонн кислот и щелочей [1].

ѕомимо указанных потерь соединени€ меди и цинка, выносимые сточными водами из очистных сооружений гальванического производства, оказывают весьма вредное вли€ние на экосистему.

”становлено, что соединени€ меди и цинка даже при малых концентраци€х (0,001 г/л) тормоз€т развитие, а при больших (более 0,004 г/л) вызывают токсическое воздействие на водную фауну [2]. ѕо данным комитета экологии јстраханском регионе, учитыва€ его рыбохоз€йственное значение, введена жестка€ предельноЦдопустима€ концентраци€ (ѕƒ ) Ч 0,0024 мг/л дл€ меди и 0,034 мг/л дл€ цинка.

»сходные стоки, которые необходимо было очистить, содержали медь в концентраци€х от 80≠≠Ц100 г/л (отработанные ванны травлени€) до 10 г/л (промывные воды), цинк соответственно от 50 г/л до 1 г/л. ќгромный диапазон концентраций в исходном стоке и в очищенной сточной воде не позвол€л разработать экономически обоснованный одностадийный процесс их очистки. „аще всего в производственной практике дл€ удалени€ ионов т€жЄлых металлов (»“ћ), в частности меди, используют реагентный метод [3], заключающийс€ в осаждении металлических ионов при добавлении к стоку соответствующего реагента. ƒостоинство метода Ч в его простоте. Ќедостатки Ч в сток вводитс€ новое химическое вещество, то есть, новое загр€знение, а полученные обводнЄнные осадки имеют большой объЄм.

»сход€ из начальных концентраций меди и цинка и требуемых ѕƒ , весь процесс очистки был разбит на три стадии:

1)      удаление из стока основной части ионов меди (остаточна€ концентраци€ примерно 0,5Ц1,5 г/л);

2)      снижение концентрации ионов до миллиграммовых концентраций на литр;

3)      окончательна€ доочистка до ѕƒ .

ƒл€ некоторых стоков очистку планировали проводить по второй и третьей стади€м, мину€ первую. ѕо причинам,† указанным выше, реагентный метод по крайней мере на первой стадии был исключЄн. Ќа этой стадии было решено удал€ть медь и цинк путЄм электролиза или цементации (дл€ меди).

√лавным преимуществом электролиза €вл€етс€ возможность получени€ на катоде свободного металла, при этом не происходит вторичного загр€знени€ стока. ¬ случае цементации исключаютс€ затраты на электроэнергию, но в очищенном стоке накапливаютс€ ионы металлаЦцементатора.†

Ќа второй стадии предполагалось использовать сорбцию ионов меди и цинка на дешЄвых минеральных сорбентах и, наконец, завершить доочистку либо сорбцией на активированном угле, либо предложить оригинальный способ снижени€ концентраций меди и† цинка до ѕƒ . ÷ель работы, таким образом, состо€ла в снижении исходных концентраций меди и цинка до рыбохоз€йственных ѕƒ . ƒл€ выполнени€ еЄ предсто€ло решить четыре задачи:

1.      »зучить электролиз медь- и цинксодержащих стоков и разработать режим катодного осаждени€ этих металлов.

2.      »зучить целесообразность применени€ цементации и внутреннего электролиза.

3.      »сследовать сорбцию ионов меди и цинка на минеральных сорбентах и установить оптимальные услови€ проведени€ сорбции.

4.    ѕредложить способ доочистки стоков.


Ёкспериментальна€ часть.

ѕерва€ задача, а именно изучение электролиза стоков, автором данной работы не решалась. ƒругими авторами было установлено, что электролиз медьсодержащих стоков целесообразно проводить до концентрации 0,6 г/л, цинксодержащих до 1,2 г/л.

Ѕыли предложены иные способы снижени€ концентрации меди до миллиграммовых количеств, а именно внутренний электролиз и цементаци€ [4]. ѕри внутреннем электролизе имеетс€ анод, состо€щий из цементирующего металла (в нашем случае стальна€ пластина) и катод, состо€щий из инертного металла, на котором происходит восстановление ионов цементируемого металла и его выделение в твЄрдом виде (в нашем случае медна€ пластина). јнод и катод соедин€лись друг с другом через реостат и помещались в модельный раствор сульфата меди. Ѕыла изучена зависимость скорости процесса от относительных размеров катода и анода (сила тока измер€лась миллиамперметром). ѕлощадь медного катода была посто€нной 1,5 см2, а соотношени€ площадей катода и анода составл€ли 1:1, 1:2 и 1:5.

¬ы€снилось, что с увеличением площади анода скорость реакции увеличивалась, соответственно снижалась концентраци€ меди в растворе.

–езультаты опыта представлены в таблице 1.

јнализ растворов (определение концентрации ионов) проводилс€ иодометрическим и комплексонометрическим титрованием [5, 6].

ѕри цементации в качестве цементаторов испытывались железо, алюминий, цинк. Ќа алюминии процесс идЄт крайне медленно, с ускорением по мере растворени€ оксидной плЄнки. Ќа цинке оксидна€ плЄнка тонка€ и менее устойчива, поэтому цементаци€ идЄт с большей скоростью. Ќа железе слой оксидов €вл€етс€ рыхлым со множеством пор, поэтому, хот€ железо самый неактивный восстановитель среди испытанных металлов, скорость цементации на нЄм высока.†

–езультаты опытов представлены в таблице 2.†

ѕри решении следующей задачи (сорбционной очистки стоков) в качестве сорбентов использовались минеральные порошки, представл€ющие собой оксиды металлов и не металлов. ¬се использованные сорбенты €вл€етс€ либо отходом производства (–Ц2), либо дешЄвыми и недефицитными материалами, выпускаемыми отечественной промышленностью (–≠Ц1, –Ц3).

††† ƒл€ опытов брались модельные растворы, содержащие медь и цинк, а также соответствующие стоки. Ќеобходимые величины рЌ растворов достигались с помощью добавлени€ к ним щЄлочи или кислоты. ¬ случае стоков рЌ регулировалс€ путЄм смешивани€ щелочных и кислых сточных вод.

–езультаты опытов представлены в таблице 3.

»з экспериментальных данных видно, что из трЄх испытанных сорбентов наименьшую эффективность показал –Ц2, наибольшую –Ц3. ¬ модельных растворах полнота осаждени€ меди при рЌ 8Ц9 несколько больше, чем при рЌ 6,5Ц7,5 (дл€ щелочного варианта травлени€). ¬ кислом растворе травлени€ остаточна€ концентраци€ меди составл€ет сотни миллиграммов на литр. ѕри подщелачивании кислого стока до рЌ 6,5Ц7,5 полнота извлечени€ меди находитс€ на уровне величин, достигнутых в щелочном растворе. ѕри переходе от модельных растворов к стокам обнаруживаетс€ незначительное повышение остаточных концентраций меди в щелочном стоке и более существенное в кислом.  ак и в случае модельных растворов, добавление к кислому стоку щЄлочи улучшает очистку. Ќа предпри€тии, где брались стоки после травлени€ печатных плат, эксплуатируютс€ обе ванны: щелочна€ и кислотна€. ѕоэтому представл€лось целесообразным испытать возможность взаимной нейтрализации стоков, что позволило бы избежать затрат на нейтрализацию стоков. ќдновременно решалась задача повышени€ рЌ дл€ улучшени€ сорбционной очистки кислого стока.  ак видно из таблицы 3, поставленную задачу удалось решить и снизить концентрацию меди в смешанном стоке до 8,87Ц17,29 мг/л. ѕоследн€€ величина выше, чем остаточна€ концентраци€ меди в модельном растворе, примерно на 10%. ¬еро€тно, примеси, имеющиес€ в стоке, частично блокируют поверхность сорбента и снижают сорбцию ионов меди.

“аким образом, с помощью сорбции на минеральных сорбентах остаточна€ концентраци€ меди была снижена до миллиграммовых количеств.

–екомендуетс€ концентраци€ сорбента 15Ц20 г/л.†

ƒл€ цинка эффективность сорбентов представлена тем же р€дом, то есть, –Ц1, –Ц2, –Ц3. ”величение рЌ в интервале 5,5Ц8 немного снижает концентрацию остаточного цинка в очищенном стоке. ѕри повторной обработке очищенного стока сорбентом –Ц3 удалось снизить концентрацию ионов цинка до дес€тых долей миллиграмма на литр. ќстаточную концентрацию цинка можно довести до ѕƒ  путЄм обработки его активированным углЄм или сульфоуглЄм. ƒл€ меди с помощью названных сорбентов достичь рыбохоз€йственной ѕƒ , то есть, 0,0024 мг/л, не удалось.

ƒл€ решени€ последней задачи, соответственно дл€ окончательной очистки сточных вод применим метод химического осаждени€ меди и цинка.

—начала дл€ этой цели использовалс€ сульфид натри€ Ч Na2S [7]. ѕри рЌ= 7Ц8 и дл€ цинка и дл€ меди были достигнуты концентрации 0,0120 и 0,0024 мг/л соответственно, что не превышает ѕƒ . ќднако, использование сульфида натри€ дл€ осаждени€ ионов меди и цинка показало и некоторые отрицательные стороны очистки с помощью сульфида. ƒаже при подщелачивании не удаЄтс€ полностью подавить гидролиз сульфида и предупредить выделение сероводорода.  роме того, отстаивание сульфидов меди и цинка оказалось очень продолжительной операцией (4Ц5 часов) и не давало достаточно полного и надЄжного осаждени€ сульфидов этих металлов, так как образовывались коллоидные растворы. »звестен способ применени€ щелочных солей нафталинполитиолов [8]. ќднако автором в качестве осадителей были использованы некоторые органические вещества, содержащие в своЄм составе меркаптогруппу ЦSH, в которой водород легко замен€етс€ металлами:

2RЦSH+Me2+ ††††††(RЦS)2Me+2H+

Ќаилучшие результаты были получены при использовании 1ЦметилЦ2Цмеркаптоимидазола, имеющего следующую структуру

HC Ч N

† ||†††††† ||

HC†††† † CЧSH

††††† † N†

†††††† † |

†††† CH3

Ќаличие в молекуле группы ЦSH приводит к св€зыванию ионов меди и цинка и образованию нерастворимого осадка, который легко отдел€етс€ фильтрованием от жидкой фазы. ќсаждение ведут при рЌ 7,5Ц13,5.

ѕримен€емый осадитель нетоксичен.

Ѕыли проведены опыты по св€зыванию ионов меди, цинка, а также кобальта и никел€. ”слови€ проведени€ опытов описаны в примерах 1Ц4.

ѕример 1. ƒл€ очистки бралось 100 мл водного раствора, содержащего 30 мг/л ионов меди. –аствор содержал также 143 мг/л ионов натри€, кали€, нитратЦ, ацетат, сульфатЦ и хлоридЦионов. “емпература раствора 20ќ—, рЌ 8Ц8,5 или 9Ц9,5.   данному раствору добавл€лось 50 мл раствора осадител€, который содержал 100 мг/л 1ЦметилЦ2Цмеркаптоимидазола, жидкость перемешивалась и через 15 мин отфильтровывалась. ¬ фильтрате при добавлении аммиака медь не обнаружена. јтомноЦабсорбционный анализ показал концентрацию меди 0,0021 мг/л (рЌ† 8Ц8,5), 0,0029 мг/л (рЌ 9Ц9,5).

ѕример 2. ¬ опыте выполн€лись все услови€ предыдущего примера, но вместо меди в раствор вводилс€ цинк. –еакцией с комплексоном цинк не обнаружен. јтомноЦабсорбционный метод дал результат 0,0090 мг/л цинка (рЌ† 8Ц8,5), 0,0102 мг/л (рЌ 9Ц9,5).

ѕример 3. “е же услови€, что и в примере 1, но вместо меди вз€т кобальт. –еакцией с аммиаком кобальт не обнаружен. јтомноЦабсорбционный метод показал наличие кобальта 0,010 мг/л (рЌ† 8Ц8,5), 0,012 мг/л (рЌ 9Ц9,5).

ѕример 4. ”слови€ опыта 1, но вместо меди в раствор введЄн никель. –еакцией с аммиаком никель не обнаружен. — помощью атомноЦабсорбционного метода никель найден в концентрации 0,020 мг/л (рЌ† 8Ц8,5), 0,0175 мг/л (рЌ 9Ц9,5).

“аким образом, предлагаемый способ очистки по всем испытанным катионам т€жЄлых металлов даЄт более высокую степень очистки по сравнению с известным способом с сол€ми нафталинполитиолов.

— помощью 1ЦметилЦ2Цмеркаптоимидазола удалось снизить концентрацию ионов меди и цинка до величин, меньших ѕƒ .

¬ случае применени€ предлагаемого осадител€ вторичное загр€знение им существенно менее такового, чем дл€ известного.

ѕо степени очистки стоков от ионов т€жЄлых металлов предлагаемый способ превосходит известный.

“ак же предпочтительнее применение предлагаемого способа с точки зрени€ вторичного загр€знени€ очищаемых стоков.

–егенераци€ отработанного осадител€ возможна при кислотной обработке его, например, ортофосфорной кислотой, с последующим доведением рЌ до 6Ц7.

ѕредлагаемый метод можно рекомендовать дл€ глубокой очистки сточных вод от ионов меди, цинка, кобальта и никел€.


¬ыводы

1.    ѕредложено дл€ снижени€ концентрации ионов меди использовать цементацию и внутренний электролиз. ѕроведЄнные опыты доказали их целесообразность.

2.    »сследована сорбци€ на минеральных сорбентах. ќстаточна€ концентраци€ ионов меди и цинка доведена до миллиграммовых количеств.

3.    ѕредложено оригинальное решение снижени€ остаточных концентраций ионов меди и цинка до ѕƒ  с помощью меркаптопроизводного имидазола.

4.    Ќа основе проведЄнной работы разработан способ очистки медь и цинксодержащих сточных вод до ѕƒ .

5.    ћатериалы исследовани€ опубликованы в сборниках Ђ“езисы докладов XXXIX научноЦтехнической конференции ј√“”ї, јстрахань 1995г. с. 151Ц152 и Ђћатериалы международной научноЦпрактической конференции ЂЁкологи€ и регионї, –остовЦнаЦƒону, изд. ƒќќћ, 1995 г. с. 43.

6.    Ќа указанный способ очистки получен патент –‘ є2085511, зарегистрированный 27.07.1997г.


—писок использованной литературы†

1.    √арбер ћ.». –есурсосберегающа€ технологи€ гальванических покрытий. Чћ.: ћашиностроение, 1988. Ч 58с.

2.    «айцев ¬.‘., √ригорьев ¬.ј.,  рючков ¬.Ќ. ќсобенности распределени€ т€жЄлых металлов в органах и ткан€х туводных видов ихтиофауны ¬олгоЦјхтубинской поймы. // ¬естник ј“»ћ–ѕи’. Ч 1993. Ч с. 69Ц71.

3.    «апольский ј.Ќ. ќчистка сточных вод гальванических покрытий. Ч  иев: “ехника,† 1975. Ч 290 с.

4.    Ћевин ј.»., ѕолюсов ј.¬. Ћабораторный практикум по теоритической электрохимии, Ч ћ.: ћеталлурги€, 1979. Ч 312 с.

5.    Ћурье ё.ё. –ыбникова ј.». ’имический анализ производственных сточных вод. Ч ћ.: ’ими€, 1966. Ч278 с.

6.    ѕилипенко ј.“. ѕ€тницкий ».¬. јналитическа€ хими€. Ч ћ.: ’ими€, 1990. Ч 692 с.

7.    —мирнов ј.ƒ. ћетоды физикоЦхимической очистки воды. ќчистка природных и сточных вод: ќбзорна€ информаци€. ћ.: ¬»“»÷, 1985. ¬ып. 18. Ч 112 с.

8.    јвторское свидетельство ———– є579231, кл. — 02F 1/62, 1977.


√альванические покрыти€ наход€т широкое применение. “ак в —анктЦѕетербурге ещЄ в середине XIX века были изготовлены художественные двери, барельефы, фигуры с помощью гальванопокрытий, которые поражали посетителей Ёрмитажа и »саакиевского —обора своей красотой, блеском и величием. ѕокрыти€ прослужили более 120 лет без реставрации и сохранили не тронутыми коррозией художественные ценности. Ќа все эти работы было израсходовано меди 6749 пудов и золота 46 пудов. Ќет сомнений, применение гальванопокрытий весьма выгодно. Ќо утилизаци€ отработанных вод гальванических производств довольно проблематична, а сами воды оказывают весьма вредное вли€ние на экосистему. Ќа основе проведЄнных исследований автором разработан и изучен способ очистки медь и цинксодержащих сточных вод до ѕƒ , разрешЄнных дл€ рыбохоз€йственных регионов.


ѕроблемы утилизации сточных вод, содержащих т€жЄлые металлы не менее актуальна проблем, которые мы именуем глобальными. ¬ данной работе проблема снижени€ концентрации ионов т€жЄлых металлов до величин, не оказывающих вредного воздействи€ успешно решена. ÷елью работы было изучение и разработка постадийного снижени€ концентрации ионов т€жЄлых металлов и в итоге снижение их до предельноЦдопустимых концентраций.

¬есь процесс очистки представлен трем€ стади€ми.

Ќа первой примен€етс€ электролиз, либо предложенные альтернативные процессы Ч внутренний электролиз и цементаци€.

Ќа второй эффективна сорбционна€ очистка с помощью минеральных сорбентов.

Ќа третьей предложен оригинальный метод окончательной доочистки производным имидазола.

¬ ходе проведЄнной работы удалось снизить концентрацию ионов т€жЄлых металлов† до предельноЦдопустимой. “аким образом, проблема утилизации сточных вод, содержащих ионов т€жЄлых металлов вполне разрешима.

“аблица 1 «ависимость концентрации ионов меди от соотношени€ площадей катода и анода. Ќачальна€ концентраци€ ионов меди 124 г/л. є опыта —оотношени€ площади катода к площади анода ќстаточна€ концентраци€ ионов меди, г/

 

 

 

¬нимание! ѕредставленный ƒоклад находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалс€, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальный ƒоклад по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru