Очистка модельных растворов органических красителей с использованием ультрафиолетового излучения

9

О Л 0 X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N>10

Этап 5. На последнем этапе по результатам решения задачи оптимизации определяется состав индивидуальных красителей оптимального ассортимента и объемы их производства. Кроме того оцениваются уровень воздействия производства и потребления выбранных красителей на окружающую среду, размеры необходимых инвестиций, величина годовых текущих затрат на производство оптимального ассортимента, потребность в сырьевых и топливно-энергетических ресурсах, а действующем и приобретаемом технологическом и средозащитном оборудовании.

*Автор выражает признательность научному руководителю работы Борису Викторовичу Ермоленко.

Библиографические ссылки:

1. Стратегия развития химической и нефтехимической промышленности России на период до 2015 года. М.: Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации, 2006.

2. Ермоленко Б.В., Еремина ИИ. Разработка экономико-математических методов и моделей для решения задач технико-экономического проектирования в промышленности органических полупродуктов и красителей. //Химическая промышленность, 1984. № 3.

3. Ермоленко Б.В., Ярош H.H. Методы оптимального воспроизведения цвета. //Теоретические основы химической технологии, 1975. № 5.

УДК628.316.12: 542.943: 66.099.7 С.А. Моторина, Н.А. Иванцова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОЧИСТКА МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Experimental results on clearing of the modeling painted sewage with use of ultra-violet radiation are received. It is established that discoloration degree reaches 99 %. At qualitative level products of oxidation of dye are defined.

Получены экспериментальные результаты по очистке модельных окрашенных сточных вод с использованием ультрафиолетового излучения. Установлено, что степень обесцвечивания достигает 90 %. На качественном уровне определены продукты окисления красителя.

В настоящее время во многих прогрессирующих странах мира встала проблема качества природных вод, связанная с загрязнением органическими соединениями, в частности красителями.

Существует множество проблем, связанных с очисткой образующих-

X Ü в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. Na 10

ся сточных вод. Особенно остро стоит вопрос по обработке стоков, содержащих красители. Сточные воды предприятий производства и потребления красителей характеризуются высокой цветностью. Кроме того, помимо собственно красителей в них содержатся текстильно-вспомогательные вещества (ТВВ): кислоты, ПАВ, ионы тяжелых металлов, хлориды, формалин и др., что заставляет классифицировать эти стоки как весьма загрязненные и требующие тщательной очистки перед направлением в централизованные системы канализации или сбросом в водоемы.

Изучение характерных особенностей любого метода очистки на начальном этапе исследований целесообразно проводить на модельных растворах, имитирующих рассматриваемые системы. Это позволяет выявить и описать механизмы реакций, происходящих в процессе обработки, идентифицировать наиболее вероятные продукты трансформации основных загрязнителей и оценить динамику их накопления, а также произвести первоначальную оптимизацию параметров ведения процесса очистки.

Поэтому, цель работы - очистка модельных сточных вод красильного цеха с использованием ультрафиолетового излучения.

Для моделирования процесса обесцвечивания сточных вод был взят отработанный раствор после крашения текстильного материала (хлопчатобумажная ткань). Объем красильной ванны - 0,5л; масса окрашиваемой ткани - 10 г; масса красителя - 0,15 г; масса сульфата натрия - 1 г; масса анио-ноактивного ПАВ - 0,05 г.

В качестве модельного раствора красителя выступал Synozol Blue HF-2GL (Reactive Blue) (рис. 1).

Крашение проводили следующим образом: в воду при 40 °С вносили краситель, сульфат натрия, половину общего количества ПАВ (0,02 г). Ванну нагревали до кипения, после чего погружали в нее образец ткани. Красили при температуре 50 °С без кипения. Через 30 минут от начала крашения в ванну вносили еще ПАВ (0,03 г) и красили 30 минут. Ткань вынимали из красильной ванны и промывали во второй ванной теплой водой, в третьей ванной - холодной для закрепления окраски.

Полученная сточная вода имела концентрацию красителя в первой ванной - 0,2 г/л; во второй - 0,012 г/л; в третьей - 0,004 г/л. Очистку модельных сточных вод проводили в УФ - излучателе (рис. 2) с добавлением пероксида водорода в кислой среде для интенсификации процесса. Воду на очистку посредством перистальтического насоса с расходом 1 л/ч пропускали внутри кварцевой трубки диаметром 5 мм, выполненной в виде змеевика с диаметром витка 45мм. При этом ее облучали коротковолновым ультрафиолетовым излучением, исходящим из ртутно-кварцевой лампы низкого давления ДРБ-8, которая располагается внутри этого змеевика по всей его длине на одной оси с ним. Аналогичным способом обрабатывали модельные растворы красителя.

Для определения эффективности очистки модельных сточных вод определяли: рН раствора; концентрации красителей в растворах фотометрическим методом путем сравнения проб испытуемой жидкости с дистиллированной водой; содержание ПАВ - фотометрическим экстракционным мето-

У

С tt & I Ü в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 10

дом с метиленовым синим.

Для установления на качественном уровне продуктов разложения красителя был использован метод электронной спектроскопии водных растворов красителей в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.

Экспериментально обнаружено, эффективность очистки модельных окрашенных сточных вод (по красителю) составила 90 % (при Сн (красителя) =0,3 г/л). При этом, концентрация ПАВ снизилась на 50 %. При обработке водных растворов Synozol Blue HF-2GL с начальной концентрацией 10 мг/л степень обесцвечивания составляла - 99,9 %.

Рис. 1. Схема модельного раствора красителя Synozol Blue HF-2GL (Reactive Blue) Рис. 2. Схема установки со змеевиковым реактором: 1-насос; 2-лампа; 3-кварцевый

змеевик; 4-приемник

Степень обесцвечивания красителей не является основным критерием глубины очистки, и необходимо контролировать образующиеся конечные и промежуточные продукты деструкции и их концентрации. Поэтому был проведен анализ обесцвеченных растворов красителей, с использованием спектрофотометра GBC Cintra 303.

При работе на спектрофотометре растворы были проанализированы в близкой ультрафиолетовой области (200-400 нм). По полученным данным можно выделить область полосы поглощения, где образуется карбонильная группа (200 нм), что, вероятно, указывает на образование одноосновных карбоновых кислот при УФ - окислении красителя. После обработки раствора ультрафиолетовым излучением в присутствии пероксида водорода наличие хромофорной группы исчезает, т.е. произошло раскрытие двойной связи, которая обуславливает наличие окраски.

Таким образом, можно предположить, что ультрафиолетовая обработка реальных окрашенных сточных вод в присутствии пероксида водорода весьма перспективна. Однако, при переходе от модельного эксперимента к реальным условиям следует ожидать изменения эффективности окислительных процессов, в первую очередь, по причине появления возможных побочных реакций, обусловленных наличием в реальных сточных водах веществ различной природы.