Очистка высокотоксичных хроматсодержащих отработанных растворов

Соединения шестивалентного хрома широко используются в современной промышленности. Все это неизбежно приводит к образованию большого количества отработанных растворов и хромсодержащих водных стоков.

Классический реагентный метод требует использования большого количества дорогостоящих реактивов, а в качестве конечного продукта дает неликвидный шлам и стоки с повышенным солесодержанием.

Остаточные концентрации хрома в растворе при переводе его в гидроксид составляют 0.1-0.05 мг/л при рН = 8.5-9.0. Однако присутствие большого количества сульфатов препятствует осаждению гидроксида хрома (III) из-за образования комплексных форм сульфатов металла. Гидроксид хрома также может образовывать растворимые хромиты [3], даже при локальной передозировке реагентов-осадителей по реакции:

Cr(OH)₃ + 3NaOH → Na₃[Cr(OH)₆]

Основное количество хрома, содержащегося, в отработанных хроматсодержащих растворах находится в форме высокотоксичных ионов xpoмa (VI). Поэтому дополнительной технологической операцией должно быть восстановление основного количества ионов шестивалентного хрома до трехвалентного с применением того или иного восстановителя. Желательно в этом случае применить наиболее доступный, экономичный и вместе с тем эффективный восстановитель по сравнению с обычно применяемыми для этой цели восстановителями.

Целью настоящего исследования, является выявление и оценка восстанавливающей способности и сопоставление восстановительных свойств различных органических восстановителей, а также определения оптимальных условий процесса.

В качестве объекта исследования использованы модельный отработанный раствор гальванического цеха хромирования и измельченные стебли растений. Для определения содержания ионов хрома в растворах применен фотоколориметрический метод исследования [2].

В качестве восстановителя шестивалентного хрома из отработанного хроматсодержащего раствора нами предлагается использовать отходы переработки древесины – опилки (ДОП), которые по сравнению с неорганическими восстановителями более экономичны, доступны и экологически чисты.

С целью определения влияния природы древесных опилок для сравнения эффективности были проведены исследования по восстановлению ионов шестивалентного хрома из отработанных растворов с применением в качестве восстановителя древесных опилок сосны, березы, осины, а также лигнина хлопчатника.

Опыты проводились при следующих условиях: содержание ионов шестивалентного хрома в исходном растворе - 50 г/л; количество исходного хроматсодержащего раствора - 200 мл; количество органического восстановителя 20 г; количество добавляемой концентрированной серной кислоты - 30 г, без предварительного нагрева с перемешиванием, продолжительность – 1,5 часа. Результаты экспериментов приведены в табл 1. Из табл.1 следует, что природа органического восстановителя существенно не влияет на процесс восстановления шестивалентного хрома. Во всех рассмотренных случаях, кроме лигнина, содержание ионов шестивалентного хрома в результате реакции понизилась с 50000 мг/л до 46-66 мг/л, т.е. до предела (ниже 100 мг/л), допускающего применение для конечной очистки раствора методом электрокоагуляции [1].

Опыты, проведенные по определению влияния количества ДОП на восстановление ионов шестивалентного хрома, показывают, что изменение от­носительного количества ДОП, используемых в ходе реакции, существенно влияет на восстановление ионов шестивалентного хрома. Опыты проводили при исходной концентрации хрома 50000 мг/л (табл.2).

Таблица 1.

Влияние природы органического восстановителя на степень восстановления ионов шестивалентного хрома (V_p-pa = 200 мл, ДОП-20 г, H₂SQ₄=20 г, τ =1,5 ч)

Таблица 2.

Изменения концентраций ионов трехвалентного и шестивалентного хрома в процессе восстановления от количества ДОП (C_{Cr исх.}=50000 мг/л; V_р-ра=200мл; H₂S0₄ = 30 г; τ =1,5 ч)

Из табл.2 следует, что для восстановления ионов xpoмa (VI) до приемлемого значения, при начальной концентрации ионов хрома (VI) 50000 мг/л, объемом 200 мл достаточно 10 г ДОП.

Экспериментальные данные по определению зависимости степени восстановления ионов хрома (VI) до хрома (III) от времени контакта компонентов (табл. 3) показали, что во всех случаях процесс восстановления протекает в первые 20-30 мин интенсивно, в течении которого восстанавливается основная часть ионов хрома (VI) до - 80%. В течение 1,5 часа процесс восстановления завершается, не восстановленным остается около 1-2 % шестивалентных ионов хрома, а в трехвалентную форму переходят 97-99% хрома от общего количества.

Таким образом, проведенные исследования показали, что природа органического восстановителя существенно не влияет на конечный результат процесса восстановления ионов шестивалентного хрома, а при применении лигнина содержание ионов шестивалентного хрома в результате процесса восстановления понизилось только до 29340 мг/л, это объясняется тем, что количество активных гидроксильных групп в его структуре ограничено. В остальных случаях, с применением для процесса восстановления опилок многолетних растений, концентрация ионов шестивалентного хрома понизилась с 50000 мг/л до 46-66 мг/л.