Очистка стоков производства 4,6 - динитробензофуроксана электрохимическим способом

Р. М. Вахидов, И. М. Вахидова, А. М. Зайнуллин,

И. Г. Шайхиев, М. Ф. Галиханов

ОЧИСТКА СТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА 4,6 - ДИНИТРОБЕНЗОФУРОКСАНА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

Ключевые слова: промышленные стоки, очистка, короноэлектрет.

Исследована возможность очистки промышленных стоков фильтром из короноэлектрета. Определена зависимость степени очистки от поляризации короноэлектрета, а также содержания окислителя. Результатами исследований подтверждена принципиальная возможность использования фильтров из короноэлектретов для деструкции энергонасыщенных соединений в присутствии электрического поля и окислителя.

Keywords: industrial drains, clearing crownelectric.

Possibility of of industrial drains by the filter from crownelectric is investigated. Dependence of degree of clearing on polarization crownelectric, and also oxidizer maintenances is defined. Results of researches confirm basic possibility of using the filter from crownelectric for destruction the power sated connections in the presence of electric field and an oxidizer.

Одной из важнейших проблем современного этапа развития производства является необходимость создания надежных заслонов, исключающих проникновение промышленных отходов в биосферу. Серьезную опасность загрязнению окружающей среды представляют тяжелые металлы, входящие, в частности, в состав инициирующих взрывчатых веществ. Инициирующие взрывчатые вещества широко используются для возбуждения взрыва капсюлей детонаторов при добыче полезных ископаемых и в военном деле для воспламенения пороховых зарядов и стрелковых патронов, пиротехнических и сигнальных средств. Задача значительного сокращения использования изделий, в состав которых входят тяжелые металлы, такие как ртуть, свинец, барий, кадмий, является в настоящее время актуальной. Разработка экологически безопасных инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ) является одним из приоритетных направлений предприятий соответствующей отрасли.

В настоящее время на предприятиях отрасли освоен выпуск калиевой соли 4,6-динитробензфураксана, являющейся эффективным и экологически безопасным из известных ИВВ. Однако существенная проблема заключается в обезвреживании сточных вод данного производства.

Современная ориентация в реализации экологических мероприятий на резкое сокращение сброса в водоемы неочищенных стоков, на создание замкнутых производственных циклов водоснабжения требует интенсивных усилий по разработке и совершенствованию рациональных систем очистки сточных вод промышленных предприятий, внедрению в эту область более эффективных процессов и аппаратов.

В производстве калиевой соли 4, 6-динитробензфураксана (КДФ) также образуются сточные воды, которые необходимо подвергать локальной очистке перед подачей на биологические очистные сооружения.

Исследованию подвергался сток после опытно-промышленной наработки, имеющий следующие физико-химические характеристики, приведенные в табл. 1.

Таблица 1 - Физико-химические показатели стоков производства калиевой соли 4, 6-динитробензфураксана

Показатель Размерность Значение

ХПК мг О2/л 45672

рН - 10,2

Содержание хлорид-ионов мг/л 901,1

Суммарное содержание мг/л 1393

нитрит- и нитрат-ионов

Содержание сульфат-ионов мг/л 5958

Сухой остаток г/л 5

Прокаленный остаток г/л 6,3

Оптическая плотность (Б) - 1,28

Светопропускание (Т) % 5,9

Нами исследовалась очистка сточных вод от производства калиевой соли 4, 6-динитробензфураксана, в частности, электрохимическим способом в фильтре из поляризованного полимерного короноэлектрета. Принципиальная схема фильтра представлена на рис. 1.

Рис. 1 - Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 - полимерный короноэлектрет; 2 - зазор между короноэлектретом и подложкой; 3 - подводящие трубки;

4 - металлическая подложка

Очистка осуществлялась пропусканием исследуемой сточной жидкости между короноэлектретом и подложкой. В зазоре 3 между подложкой 5 и короноэлектретом 1 возникает электрическое поле, величина которого не превышает электрической прочности

среды, находящейся в зазоре [1]. Если этот зазор воздушный, то напряженность электрического поля не превышает электрической прочности воздуха т.е. Е = 3»106 В/м. Таким образом, электрическое поле способствует ионизации компонентов сточной воды и их дальнейшему разложению. Разложение ИВВ в электрическом поле подтверждается работами [2-7], где показано, что при воздействии внешнего электрического поля интенсифицируются процессы термического разложения энергонасыщенных материалов и существенно понижается температура начала термического разложения.

В ходе проведения экспериментов выявлена зависимость степени очистки сточной воды от величины поляризации короноэлектрета. Степень очистки сточной воды оценивалась по величине значений показателя химического потребления кислорода (ХПК), а величина поляризации электрета характеризовалась величиной разности потенциалов между поверхностью полимерной пленки и заземленной подложкой. Чем выше степень поляризации электрета, соответственно тем больше разность потенциалов, следовательно, выше и напряженность электрического поля в зазоре.

Зависимость значений ХПК очищенной воды от напряжения между короноэлектретом и заземленной подложкой представлена на рис. 2.

ХПК, мг О2/л

45000 -4ГГГГ -35000 -30000 -25000 -20000 -15000 10000 5000 0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 и, В

Рис. 2 - Графическая зависимость ХПК от разности потенциалов между

короноэлектретом и металлической подложкой

Однократное пропускание сточной воды через фильтр приводило к двукратному снижению ХПК (от 43576 до 20780 мгО2/л). Примечательно, что такая же степень очистки достигается, например, при окислении исследуемых стоков введением в последние раствора перекиси водорода в дозировке 40 г/л Н2О2 в пересчете на чистый реагент при нормальных условиях.

В связи с вышеизложенным, в дальнейшем было исследована комбинированная очистка сточных вод производства КДФ в электрическом поле с введением раствора перекиси водорода.

Введение дополнительно в состав сточной жидкости Н2О2 в дозировке 50 г/л в расчете на чистое вещество реагента и при максимальном напряжении между электретом и подложкой 12000 В вызывало снижение значений ХПК более чем в 8 раз (от 43576 до 5896 мг О2/л), в то время как простое введение окислителя при и = 0 В приводило к снижению значений ХПК лишь в 2,5 раза (от 43576 до 16307 мг О2/л). Последнее обстоятельство указывает на синергизм протекающих процессов разложения примесей исследуемых

сточных вод. Зависимость ХПК растворов, подвергнутых воздействию электрического поля от содержания окислителя, представлена на рис. 3.

ХПК, мг О2/л

45000 <

40000

35000 '

30000

25000 «

20000

15000

10000 к ^

5000 •

п

0 111111

0 10 20 30 40 50 Н2О2, г/л

Рис. 3 - Графическая зависимость ХПК воды очищенной при различных напряжениях от концентрации Н2О2: ♦ - зависимость ХПК от концентрации Н2О2 при нормальных условиях и = 0 В,  - зависимость ХПК от концентрации Н2О2 при и = 6000 В,  - зависимость ХПК от концентрации Н2О2 при и = 8000 В, • - зависимость ХПК от концентрации Н2О2 при и = 12000 В

Как следует из кривых, приведенных на рис.3, с увеличением количества введенной перекиси водорода и напряжения между короноэлектретом и подложкой, степень очистки сточной жидкости, определяемой по значениям показателя ХПК, повышается. К тому же очевидно, что с увеличением напряжения требуется меньшее количество окислителя. При больших напряжениях увеличение дозировки перекиси водорода более 20 г/л не приводит к существенному понижению исследуемого параметра ХПК.

Очевидно, что уменьшение значений ХПК происходит за счет разложения примесей сточных вод, образующихся в процессе производства калиевой соли 4, 6-динитробензофуроксана, что подтверждается двукратным уменьшением массы сухого остатка и изменением цвета последнего. При очистке сточной воды в фильтре из короноэлектрета в отличие от электретных фильтров для очистки газов, поллюанты исследуемых сточных вод не сорбируются на стенках электрета, таким образом, не происходит снижения производительности фильтра и дальнейшего выхода из строя.

Таким образом, показана возможность очистки сточных вод производства КДФ с использованием фильтров из короноэлектрета. Увеличение степени очистки названных стоков возможно добавлением раствора перекиси водорода и увеличением напряжения.

Следует отметить, что данный способ впервые используется для исследования очистки сточных вод от органических примесей сточных вод, в том числе спецпроизводств.

Литература

1. Губкин, А. Н. Электреты / А. Н. Губкин - М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 9 с.

2. Влияние электрического поля на термическое разложение твердых веществ/ А. А. Кабанов, Е. М. Зингель // Успехи химии, 1975. - т. 44. - № 7. - С. 1194-1216.

3. Изучение процесса распространения реакции в твердых фазах / П. И. Белькевич, Е. С. Осиновик Изд. АН БССР, 1955. - № 5. - С. 149-160.

4. Разложение азидов металлов в сильном электрическом поле. Топография и некоторые макроскопические закономерности разложения монокристаллов РЬ^ AgNз и ТВД3 / Ю. Н. Сухушин, Ю. А. Захаров, Ф. И. Иванов // Химия высоких энергий, 1973. - т. 7. - № 3 - С. 261 -268.

5. Разложение и спектры поглощения нитевидных кристаллов азида свинца при фото- и электрополевом инициировании / Ю. А. Захаров, Ф. И. Иванов, Ю. Н. Сухушин В кн.: Кинетика и механизм реакций в твердой фазе. - Кемерово, 1982 - С. 77 - 85.

6. Кабанов, А. А. Использование электрофизических эффектов в изучении термического разложения твердых веществ/Успехи химии, 1971. - т. 40. - № 11. - С. 2029-2046.

7. К вопросу об инициировании детонации азида свинца в предпробивном электрическом поле/ Иванов Ф. И., Лукин М. А., Зуев Л. Б. и др. / Физика горения и взрыва, 1984. - т. 20. - № 3. - С. 86 - 89.

© Р. М. Вахидов - канд. техн. наук, асс. каф. технологии твёрдых химических веществ КГТУ; И. М. Вахидова - асп. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КГТУ; А. М. Зайнуллин - канд. техн. наук, асс. каф. инженерной экологии КГТУ; И. Г. Шайхиев - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной экологии КГТУ; М. Ф. Галиханов - д-р техн. наук, проф. каф. технологии переработки полимеров и композиционных материалов КГТУ, ilnur@cnit.ksu.ras.ru.