Удаление железа из сточных вод на технологических узлах, состоящих из углеграфитового волокнистого материала и никеля

Потапова Г. Ф., Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, Москва, Россия
Клочихин В. Л., ООО «ВНИР», Москва, Россия
Касаткин Э. В., Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, Москва, Россия
Путилов А. В., Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А. А. Бочвара, Москва, Россия

Важнейшая задача устойчивого развития страны, обеспечения высокого качества жизни и здоровья населения — снижение загрязнения окружающей среды сбросами, выбросами и пр.

Повышение требований к качеству очистки сточных вод, увеличение тарифов на электроэнергию создают предпосылки для разработки новых высокоэффективных, ресурсо- и энергосберегающих, экологически безопасных технологий, а также интенсификации применяемых технологий очистки воды.

Традиционные методы обезжелезивания воды включают следующие стадии: 1) осветлительное фильтрование; 2) фильтрование на фильтрах смешанного действия.

В настоящее время существует достаточно большой ассортимент фильтрующих загрузок, являющихся катализаторами окисления железа. Наиболее распространены загрузки Birm, Aqua Mandix (AMDX), Greensand, MTM. Они представляют собой природные или искусственные материалы, в состав которых входят оксиды марганца. Применение каталитических загрузок сдерживается их сравнительно высокой стоимостью, а также необходимостью восстановления окислительной способности катализатора, для чего обычно используют раствор перманганата калия. Применение каталитических загрузок экономически оправданно на установках небольшой производительности.

Авторы изучили возможность использования технологических узлов, состоящих из углеграфитового волокнистого материала (УГВМ) и Ni, для удаления железа из сточных вод. Объектами исследования были типовые растворы: 5 % FeSO₄; 5 % FeSO₄ + 0,1 н KNO₃; сточные воды с концентрацией ионов Fe²⁺, равной 1,2·10^-3 н. Опыты проводили в стандартной 3-электродной электрохимической ячейке. В качестве электрода сравнения использовали хлорсеребряный элек­трод. Катодом служил технологический узел, состоящий из УГВМ (условно марки «Катализатор» и «Сорбент») и Ni.

В таблице представлены результаты серии экспериментов.

Результаты экспериментов по удалению ионов железа из сточных вод при исходной концентрации 1,2·10^-3 н на технологических узлах Ni + УГВМ

Удаление железа эффективно протекает даже без наложения внешней поляризации (степень обезжелезивания 33,4 %). Степень обезжелезивания при наложении внешней поляризации весьма высока и достигает 92 %.

Установлено влияние марки УГВМ на эффективность обезжелезивания сточных вод без наложения внешней поляризации. Так, на технологическом узле Ni + УГВМ марки «Катализатор» степень обезжелезивания в 1,75 раза выше, чем на узле с УГВМ марки «Сорбент».

Технологические узлы, состоящие из Ni + УГВМ марки «Катализатор», можно использовать для одновременного обезжелезивания и денитрификации. В частности, при очистке раствора католита 5 % FeSO₄  + 0,1 н KNO₃ при токовой нагрузке на установке 0,5 А степень разложения FeSO₄  достигает 43,5 %, а KNO₃ — 16,6 %.

Предлагаемое техническое решение — альтернатива традиционной технологии обезжелезивания. Оно дает возможность:
—   одновременно проводить денитрификацию и обезжелезивание воды;
—   в одну стадию осуществлять осветлительное фильтрование и фильтрование;
—  регенерировать технологический узел кратковременной анодной поляризацией без применения химических реагентов;
— утилизировать шламы, состоящие только из железа и его оксидов.

Перечисленные выше преимущества обусловливают значительное снижение эксплуатационных затрат по сравнению с традиционной технологией.

Iron Disposal from Sewage Using Technological Units Made of Coal-Graphite Fibrous Material and Nickel

Potapova G. F., L. Ya. Karpov Research Institute of Physical Chemistry, Moscow, Russia
Klochikhin V. L., VNIR Ltd, Moscow, Russia
Kasatkin E. V., L. Ya. Karpov Research Institute of Physical Chemistry, Moscow, Russia
 Putilov A. V., Academician A. A. Bochvar All-Russian Research Institute of Inorganic Materials, Moscow, Russia

The possibility of using technological units made of coal-graphite fibrous material (CGFM) and Ni for iron disposal from sewage has been shown. The research subject was 5 % solution of FeSO₄, the latter containing KNO₃ (0.1 N), and sewage with the Fe²⁺ concentration of 1.2·10^-3 N. The experiments were carried out in a standard three-electrode electrochemical cell. The technological unit CGFM + Ni was used as a cathode.

It was established that the technological units CGFM + Ni (symbolically «Catalyst» and «Sorbent» makes) are promissory for iron disposal from sewage. The deironing degree is 92 % at the current loading and 33.4 % without imposing an external voltage. It was researched that processes of iron disposal and sewage denitrification proceeded simultaneously on the technological units CGFM «Catalyst» + Ni.

Advantages of the suggested method are: water denitrification and iron disposal processes pass simultaneously; clarifying filtration and filtration proceed at one stage; regeneration of the technological unit is implemented by short-time anode polarization using no chemicals; the slime consisting only of iron and its oxides will simplify utilization.