Реагентные методы очистки сточных вод от металлов

В последнее время актуальной становится проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Техногенная доля меди и цинка в окружающей среде составляет примерно 75%, кадмия и 50% ртути, 30% никеля, 10% кобальта. Основными техногенными источниками поступления тяжелых металлов в гидросферу являются гальванические производства, сточные воды которых имеют сложный химический состав: катионы Cd²⁺, Сr³⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, а также анионы SO₄^2-, PO₄^2-, NO₃^-, Cl^-, F^- и др. [9,24,28]

Тяжелые металлы характеризуются высокой токсичностью и неспособностью к естественным процессам разложения, поэтому сточные воды гальванических производств требуют тщательной очистки.

Среди различных методов обезвреживания гальванических сточных вод наиболее эффективными являются реагентные методы, основанные на переводе ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения: гидроксиды, сульфиды, фосфаты.

Гидроксидный метод является наиболее распространенным, кпреиму-ществамкоторого относится его надежность при сложном составе сточных вод, незначительная чувствительность к примесям органического характера, возможность автоматизации и относительная простота в эксплуатации. К недостаткам метода можно отнести: вторичное загрязнение воды (повышение солевого состава), вызывающее затруднения при возврате ее на повторное использование; потеря ценных металлов, содержащихся в обрабатываемых стоках; образование больших количеств осадков и сложность их утилизации. Кроме того, указанный метод недостаточно эффективен, так как остаточное содержание ряда ионов металлов в очищенной сточной воде гальванических производств превышает ПДК для хозяйственно-питьевого назначения.

Фосфатный метод очистки заключается в введении в сточную воду раствора ортофосфата натрия, что приводит к образованию нерастворимого фосфата металла. Для извлечения образующихся соединений применяют электрофлотационный метод с нерастворимыми анодами.

Проведем анализ эффективности реагентных методов очистки сточных вод. Для этого необходимо определить остаточную концентрацию ионов металла в растворе.

 

Методика расчета остаточной концентрации ионов тяжелых

Металлов в сточной воде

Расчет остаточной концентрации ионов металла в растворе осуществляют при допущении, что растворимость сульфидов и фосфатов металлов определяется только диссоциацией малорастворимых солей общей формулы Ме_mА_n по уравнению (1):

 

МеmAn Твердая фаза

↔

mMen+ + nAm Раствор

(1)

 

Запишем выражение для произведения растворимости соли Ме_mА_n

 

= (2)

 

Обозначив растворимость малорастворимой соли через S, выразим концентрацию катиона как [Meⁿ⁺] = mS и концентрацию аниона ─

[A^m-] = nS.

Подставляя значения концентраций ионов, выраженные в моль/л,

в уравнении (2), получим:

= = , (3)

 

тогда растворимость осадка равна:

 

= (4)

 

Из уравнения (4) рассчитаем остаточную концентрацию ионов металла в растворе над осадком соли по следующей формуле:

 

= (5)