К вопросу электрохимического обезвреживания хромсодержащих сточных вод

При пластической прочности в 27,6 МПа бетон достигает прочности на сжатие около 0,6 МПа и может выдерживать некоторые незначительные нагрузки. Этот момент времени является предельным для окончания процесса механической затирки [9]. В процессе работ также выполняется нарезка швов и, при необходимости, обработка кромок плиты пола.

С целью оперативного исправления дефектов замеры показателей качества работ производятся в течение суток после затирки каждой захватки пола [6]. Показатели ровности и волнистости замеряются предлагаемым прибором для измерения ровности и волнистости бетонного пола, с помощью которого проводятся измерения перепада высот пола между соседними точками в 300 мм. Данный прибор с помощью заданной программы вычисляет показатели волнистости и ровности бетонного пола [3]. Кроме того,

полученные прибором и зафиксированные в компьютере массивы данных по перепаду высот между соседними точками с шагом 300 мм, могут использоваться для создания Эй-модели и визуализации поверхности пола на компьютере с целью выявления дефектов пола и отработки технологии его устройства. С помощью предлагаемого прибора через заданные промежутки времени измеряют полные важные данные (ровность и волнистость бетонного пола) и рассчитывают инклинометрические показатели бетонного пола для использования согласно стандартам.

Благодаря применению вышеописанной технологии достигается высокий уровень качества покрытия бетонного пола по показателям ровности, прочности и износостойкости.

Статья поступила 20.12.2013 г.

1. Едличка С.Ю., Колобов А.А., Бычковский А.В. Технологическая карта устройства монолитных бетонных полов методом вакуумирования 7356ТК. М.: Изд-во ОАО «ПКТИпром-строй», 2006. 35 с.

2. Мамаев Л.А. Методология совершенствования теории взаимодействия рабочих органов бетоноотделочных машин с поверхностью обрабатываемых сред: дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.04. Братск: БГУ; СПбГАСУ, 2006. 455 с.

3. Пат. 82215. Украина, МПК (2013.01) О 01 С 9/00, О 01 С 7/00, О 01 В 11/30 (2006.01). Прилад для вимiрювання рiв-ност i хвилястост бетонноТ пщлоги / В.М.Секретна, 1.В. Шумаков, Д.В. Раивненко. Заявитель и патентообладатель Харьковский национальный университет строительства и архитектуры. № и 2013 01612. Заявл. 11.02.2013; опубл. 25.07.2013. Бюл. № 14.

4. Секретная В.Н. Оптимизация организационно-технологических решений устройства высокопрочных бетонных полов // Градостроительство и территориальное планирование: науч.-техн. сб. Киев: КНУБА, 2013. № 48. С. 390-

Библиографический список

398.

5. Серге А.К. Определение параметров затирочных машин с лопастными рабочими органами: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04. СПб.: СПбГАСУ, 2002. 203 с.

6. Шумаков И.В., Секретная В.Н. О некоторых методиках оценки качества работ при устройстве полов в складских зданиях // Новi технологи в будiвництвi. 2012. № 1-2 (23-24). С. 14-17.

7. Anton K. Shindler. Prediction of concrete setting. USA: Department of civil engineering. Auburn University. Alabama, 2005. 14 р.

8. Guide for concrete floor and slab construction ACI 302.1 R-04. USA: American concrete institute, 2004. 77 р.

9. Guide to curing concrete ACI 308R-01. USA: American concrete institute, 2001. 31 р.

10. Standard test method for time of setting of concrete mixtures by penetration resistance ASTM C 403. USA: American Society for Testing and Materials. Pennsylvania, 1999. 20 р.

УДК 628.337.54

К ВОПРОСУ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

© Т.И. Халтурина1, О.В. Чурбакова2, А.Г. Бобрик3

Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

Представлены результаты исследований по изучению процесса электрокоагуляции сточных вод, содержащих ионы хрома, и данные по составу и структуре образующегося осадка. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.

1Халтурина Тамара Ивановна, кандидат химических наук, профессор кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89029615551, e-mail: THal1965@yandex.ru

Khalturina Tamara, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, tel.: 89029615551, e-mail: THal1965@yandex.ru

2Чурбакова Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89022930157, e-mail: ochurbacova@mail.ru

Churbakova Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Ecology and Life Safety, tel.: 89022930157, e-mail: ochurbacova@mail.ru

3Бобрик Анастасия Геннадьевна, ассистент кафедры инженерных систем зданий и сооружений, тел.: 89232719934, e-mail: j.a.r.o.k@mail.ru

Bobrik Anastasiya, Assistant Professor of the Department of Engineering Systems and Structures, tel.: 89232719934, e-mail: j.a.r.o.k@mail.ru

Ключевые слова: электрокоагуляция; сточные воды; рентгенофазовый анализ; термогравиметрический анализ; состав и структура осадка.

TO ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF CHROMIFEROUS WASTEWATER T.I. Khalturina, O.V. Churbakova, A.G. Bobrik

Siberian Federal University,

79 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

The paper presents the results of studying electrocoagulation of wastewater containing chromium ions. Data on the composition and structure of the resulting sediment are provided as well. 3 figures. 1 table. 6 sources.

Key words: electrocoagulation; wastewater; X-ray phase analysis; thermal gravimetric analysis; sludge composition and structure.

Гальваническое производство является одним из экологически опасных, влияющих на загрязнение окружающей природной среды. В процессе нанесения защитных или декоративных хромовых покрытий при электрохимическом анодировании в качестве ингредиентов технологических растворов используются соединения шестивалентного хрома.

Особое внимание для локальных установок при выборе метода обезвреживания хромсодержащих промывных сточных вод уделяется электрокоагуляции с использованием растворимых железных анодов, которая позволяет корректировать физико-химические свойства обрабатываемой воды. Установки по реализации электрообработки компактны, высокопроизводительны и легко автоматизируются [1, с. 232-237; 2; 3, с. 396].

Механизм и скорости протекания отдельных стадий электрокоагуляции зависят от многих факторов, учет которых необходим для оптимизации. Выявление их влияния на процесс очистки характеризуется недостаточной степенью изученности.

В связи с этим целью исследований явилось изучение влияния физико-химических и электрических факторов на процесс очистки стоков, содержащих ионы шестивалентного хрома, определение основных параметров процесса, выявление условий его проведения с минимальными затратами электроэнергии при высоком эффекте очистки.

Анализ качества сточной жидкости проводили с использованием атомно-абсорбционного спектрометра 3300 производства фирмы PerkinElmer с пламенным атомизатором.

Для получения математической модели процесса электрообработки хромсодержащих стоков, изучения взаимосвязи основных параметров и их влияния был проведен пятифакторный эксперимент по рототабель-ному плану Бокса - Хантера [4, с. 99-114] на модель-

ной сточной жидкости, при этом величина рН корректировалась при подкислении раствором Н2SO4, для снятия пассивирующей пленки осуществлялось введение в очищаемый раствор депассивирующего реагента NaCl.

Экспериментальные исследования проводились в динамических условиях на электрокоагуляторе с рабочим объемом 400 мл, с плоскими электродами (Сталь-3), рабочая поверхность которых составляла 2,96 дм2, расстояние между ними было равно 10 мм.

Основной уровень, интервалы варьирования и границы области исследований определены на основании данных предварительных экспериментов и приведены в таблице.

При обработке данных эксперимента получены уравнения регрессии: У1=0,709+10,85Х1-11,72Х2-3,82Х3+1,3Х4-10,73Х1Х2-

-5,18Х1Х3+0,89Х1Х4+5,68Х2Х3--0, 72Х3Х4+4,42ХХ5+3,61Х/+4,66Х22+5, 57Х32-0,42X52;

?2=7,54+3,2Х2+4,28Х3+2,02Х4т -1,38Х+1,48Х2Х+1,3ХХ4+0,78Х12+0,41Х)2-0,83Х42--0,3Х52,

где Х1 - исходная концентрация в стоках, мг/дм3; Х2 - время контакта, мин; Х3 - плотность тока, А/дм2; Х4 - величина рН; Х5 - доза NaCl, мг/дм3, У1 - остаточная концентрация ^6+, мг/дм3; У2 - удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м3.

Как видно из уравнений регрессии, на остаточную концентрацию ионов хрома в большей мере влияет время контакта, исходная концентрация ионов ^6+, плотность тока, а величина рН и доза депассивирую-щего реагента сказываются в меньшей степени.

По уравнениям регрессии проведена оптимизация по методу Вознесенского [5, с. 192] и построены диаграммы, позволяющие регулировать процесс электрообработки для проведения его в оптимальном режиме (рис. 1).

Факторы и уровни их варьирования

Фактор X1 X2 X3 X4 X5

X0 65 2,5 0,388 3,5 70

AX 30 1,0 0,168 1,5 35

-1 35 1,5 0,220 2,0 35

+1 95 3,5 0,556 5,0 105

-2 5 0,5 0,052 0,5 0

+2 125 4,5 0,724 6,5 140

Рис. 1. Регулировочные диаграммы при CNaC =70мг/дм3; рН=1,5: а - С^ =35 мг/дм3; б - C^fJ =65 мг/дм3;

в - ССГ =95мг/дм3 (У1 - остаточная концентрация ионов хрома (- - -), мг/дм3; Уг - удельный расход

электроэнергии

В объеме жидкости в кислой среде происходит

На регулировочных диаграммах (см. рис. 1) показаны изолинии, полученные при оптимизации по диссоциативно-шаговому методу уравнений регрессии Y1 и Y2, пунктирной линией обозначена остаточная концентрация ионов хрома в воде, Y1 ( С^ ), мг/дм3, сплошной линией представлены изолинии для удельного расхода электроэнергии, Y2 (W), кВт-ч/м3. Цифрами указаны значения остаточной концентрации Cr6 и удельного расхода электроэнергии, которые постоянны во всех точках на них.

Как видно из рис. 1, при электрокоагуляционном обезвреживании сточных вод, содержащих ионы хрома в концентрациях, не превышающих 35 мг/дм3, следует проводить процесс при /'=0,3—0,6 А/дм2 и времени контакта от 0,5 до 1,5 мин, при этом удельный расход электроэнергии составляет от 1,0 до 2,0 кВтч/м .

Увеличение исходной концентрации приводит к смещению области совместной оптимальности в сторону увеличения времени контакта и уменьшения плотности тока, так для Cr6+ Сисх=95 мг/дм3 оптимальные режимы /=0,2—0,35 А/дм2; ^=3,5-4,5 мин.

Механизм процесса обезвреживания хромсодержащих сточных вод при электрообработке с растворимыми анодами (Сталь-3) определяется процессами, происходящими как на электродах, так и за счет окислительно-восстановительной реакции в объеме обрабатываемой жидкости.

Растворение анода происходит по известной схеме:

Fe0-2e=Fe2+;

Fe2++2OH-=Fe(OH)2,

для катода характерен ряд сопряженных реакций:

2Н2О+О2+4е=4ОН-; Cr2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2O; 2H++2e=H2Î.

следующая реакция:

6Fe+Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O, в нейтральной и щелочной среде:

Fe+2Fe(OH)2+CrO42++4H20=3Fe(OH)3+Cr(OH)3.

Величина рН после электрокоагуляционной обработки жидкости доводилась до значения 7,8 при добавлении суспензии известкового молока для последующего отделения осадка. Состав и структура образующегося осадка были изучены с помощью рентге-нофазового и термогравиметрического анализов.

Термограмма осадка снималась на приборе NE-TZSCH STA 449F1 в режиме ДСК-ТГ в атмосфере Ar в диапазоне 30/20(К/мин)/1000.

На термограмме осадка (рис. 2) на кривой ДСК наблюдаются два эндотермических эффекта: t=130C, t=170C, относящихся к дегидротациии гипса, первый эффект объясняется удалением 1,5 молекул воды, второй - оставшейся 0,5 молекулы воды. При этих эффектах (CaSO4-2H2O^CaSO4+2H2O) масса образца уменьшается на 21,98% (кривая ТГ). Экзотермический эффект при f=324,3 С связан с полиморфным превращением CаSO4. В этой же области возможно наложение термического эффекта, связанного с окислением FeO до Fe2O3. Термические эффекты при t=450 С и t=550 С свидетельствуют о наличии в образце гетита (а FeOOH), а при t=551 С возможен переход Fe304 из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Термический эффект при t=700 C указывает на наличие карбоната кальция.

Изучение структуры осадка и его состава было выполнено с помощью рентгеноструктурного анализа на дифрактометре D8ADVANCE фирмы Bruker (Германия) в Cu-К^излучении при использовании рентгеновской картотеки PDF-2 (2008).

На рис. 3 приведены дифрактограммы образцов осадка.

Рис. 2. Термограмма осадка

а)

б)

в) г)

Рис. 3. Дифрактограмма осадка, прокаленного при различной температуре: а - (=105 С; б - (=300С; в - (=600С; г - (=900С

На дифрактограмме осадка при М05 С (рис. 3,а) наблюдаются линии, характерные для гипса Са804-2Н20 (с(=7,47; 4,23; 3,76; 3,04 А°), кроме того, линия с малой интенсивностью (с(=3,017 А), по-видимому, относится к кальциту СаС03. Для осадка, прокаленного при ¿=300 С (рис. 3,6) дифракционные максимумы (с(=5,88; 3,43; 2,97; 2,77; 2,26 А°) также характерны для гипса Са804 0,5Н20, а с(=3,00 соответствует кальциту СаС03.

При дальнейшем прокаливании осадка при ¿=600 С (рис. 3,е) начинает выкристаллизовываться гематит Ре203 (с(=3,58; 2,83; 2,66; 2,10 А°), а при с(=2,51 - магнетит Ре304,дифракционные максимумы (с(=3,47; 2,83; 2,46; 2,32 А) указывают на дальнейшее обезвоживание гипса до ангидрита Са804.

После прокаливания осадка при ¿=900 С (рис. 3,г) очень четко просматриваются интенсивные линии, характерные для гематита Ре203 (с(=2,68; 1,69 А) и

магнетита Ре304 (с(=2,51), а также гипса Са804 (с(=3,48; 2,85; 2,32 А), исчезает линия, характерная для кальцита СаС03, за счет его разложения. На дифракто-грамме (см. рис. 3,г) появляются линии, которые с большей вероятностью можно отнести к Сг203 (сС=3,58; 2,67; 2,47; 1,81; 1,67 А°), при этом дифракционные максимумы (с(=2,67; 2,47; 1,67 А), относящиеся к Сг203, перекрываются с линиями гематита Ре203 [6].

Исследования химического и фазового состава осадка, образующегося при электрокоагуляционной обработке хромсодержащих сточных вод, позволяют разработать технологию утилизации промышленных отходов для решения проблем ресурсосбережения и охраны окружающей среды.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

1. При рототабельном планировании эксперимента электрокоагуляционного обезвреживания хромсо-

держащих сточных вод установлено, что на остаточную концентрацию ионов хрома в большей мере влиял 6 +

ет время контакта, исходная концентрация ионов Сг , плотность тока, а рН и доза депассивирующего реагента №С! сказываются в меньшей степени.

2. Оптимизация уравнений регрессии диссоциативно-шаговым методом позволила получить диаграммы для регулирования процесса электрообработки и проведения его в оптимальном режиме при различных значениях исходной концентрации хрома в очищаемой воде жидкости.

3. Проведение рентгенофазового и термогравиметрического анализов осадка, образующегося при электрокоагуляционной обработке хромсодержащих сточных вод, показало его структуру и состав для разработки технологии утилизации, ресурсосбережения и охраны окружающей среды.

Статья поступила 20.01.2014 г.

1. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. М.: Стройиздат, 1987.

2. Зубарева М.Н., Филипьева М.И., Дегтев Г.И. Способы очистки сточных вод от соединений хрома (VI) // Экология и промышленность России. 2005. № 2. С. 30-33.

3. Урецкий Е.А. Ресурсосберегающие технологии в водном хозяйстве промышленных предприятий: монография. Брест: Брестское изд-во, 2007.

Библиографический список

4. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978.

5. Вознесенский В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Статистика, 1978.

6. Термический анализ минералов и горных пород / В.П. Иванова, Б.К. Касатов, Т.Н. Красавина, Е.Л. Розинова. Л.: Недра, 1974. 399 с.