Исследователи Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина (СГТУ) разработали новый метод очистки сточных вод гальванических производств, который отличается высокой эффективностью и экономичностью.
Разработка была выполнена на кафедре «Химия и химическая технология материалов» Физико-технического института. Она была представлена в рамках успешной защиты выпускной квалификационной работы студенткой Инной Соколовой под руководством кандидата химических наук, доцента Марии Викуловой.
Метод предполагает использование осадительного и адсорбционного агента — полититаната калия — для очистки сточных вод отработанных гальванических растворов никелирования.
«Очистка воды от загрязняющих веществ, особенно тяжёлых металлов, является задачей первостепенной важности. Эти вещества, поступающие в гидросферу со сточными водами металлургических, химических и гальванических производств, не разлагаются и накапливаются в живых организмах, нанося серьёзный ущерб экосистемам», — пояснила разработчик метода Инна Соколова.
По её словам, существующие методы очистки либо не решают проблему полностью, либо требуют значительных затрат на утилизацию отходов.
Предложенный же адсорбционный агент не только доступен по стоимости, но и позволяет получать функциональные продукты, которые могут быть использованы, например, для очистки воды от органических загрязнителей, что исключает необходимость дорогостоящей утилизации.
В ходе исследования были изучены ключевые параметры, влияющие на эффективность удаления никеля:
- доза сорбента;
- время контакта и pH среды.
- проведены кинетический анализ и термодинамические исследования.
Всё это позволило разработать лабораторный технический регламент с оптимальными условиями очистки. А регламент, в свою очередь, создаёт основу для дальнейшей оптимизации и масштабирования технологии с применением полититаната калия.
Гальванические производства являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами, кислотами, щелочами и другими токсичными веществами. Сегодня в России и в мире используется несколько основных методов очистки сточных вод гальванических производств в мире и России, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения, а именно:
- реагентная обработка — наиболее распространённый метод, включающий нейтрализацию стоков с использованием гидроксидов кальция, натрия, сульфидов натрия, сульфата железа (II) и других реагентов (метод переводит растворимые вещества в нерастворимые осадки, которые затем отделяются);
- ионный обмен — метод, при котором ионы загрязнителей замещаются ионами безопасных веществ (натрия или кальция); эффективен для удаления тяжёлых металлов, но требует регенерации ионитов и утилизации отходов;
- мембранные технологии (обратный осмос, электродиализ) — позволяют достичь высокой степени очистки (до 92% для хрома) и создать замкнутый водооборот, возвращая до 95% очищенной воды в производство; однако они требуют значительных капитальных затрат и утилизации мембран;
- электрохимические методы (электрофлотация, электролиз) — основаны на осаждении металлов на электродах или восстановлении их до менее токсичных форм; считается перспективной благодаря простоте конструкции и высокой эффективности, особенно для хромсодержащих стоков;
- адсорбция на активированном угле — эффективна для удаления органических соединений, но требует регенерации угля и может быть дорогостоящей;
- глубокое окисление (Advanced Oxidation Process, AOP) — сочетает озонирование, обработку ультрафиолетом и перекисью водорода для разрушения комплексных соединений, таких как цианиды и ЭДТА; метод позволяет возвращать до 75% очищенной воды в производство.
В России акцент делается на реагентные и мембранные методы, так как они соответствуют строгим экологическим нормам и требованиям ГОСТ 9.314-90. Однако высокая стоимость эксплуатации и утилизации отходов остаётся проблемой, особенно для малых и средних предприятий.
Метод, разработанный в СГТУ, уникален благодаря использованию полититаната калия как осадительного и адсорбционного агента, что позволяет не только эффективно удалять никель из сточных вод, но и получать функциональные продукты для дальнейшего применения.
Прямых аналогов этому методу в мировой и российской практике вроде как нет.
Большинство существующих адсорбционных методов используют активированный уголь или ионообменные смолы, которые требуют регенерации и утилизации. А вот полититанат калия, напротив, является более экономичным реагентом, а продукты очистки могут быть повторно использованы, что снижает экологическую нагрузку и затраты.
Некоторые исследования в мире рассматривают использование титанатов для адсорбции тяжёлых металлов, но их применение в гальванических стоках ограничено и не включает полититанат калия в контексте никелирования.
Таким образом, разработка СГТУ представляет собой крайне перспективное решение, которое может быть масштабировано для промышленного применения, особенно в условиях необходимости минимизации затрат и экологического воздействия гальванических производств.
Комментарии: