Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1 Происхождение, состав и свойства твердофазных смесей сточных вод 8
1.2 Способы обработки осадков сточных вод 12
1.3 Способы получения гуминовых препаратов из отходов 21
1.4Физико-химические закономерности извлечения тяжелых металлов из твердых промышленных отходов 24
1.5 Физико-химические основы регенерации технологических сред 30
1.6 Анализ литературных данных, теоретическое обоснование работы и постановка задач исследования 34
Глава 2. Методика эксперимента 36
2.1 Методы исследования составов рабочих растворов, осадков сточных вод и их физико-химических свойств 36
2.2 Биологические и вегетационные опыты 38
2.2.1 Определение класса опасности осадка 38
2.2.2 Биологические тесты 39
2.3 Исследование кинетических закономерностей экстракции тяжелых металлов и гуминовых кислот из осадков сточных води влияния технологических факторов на их извлечение 41
Глава 3. Кинетические и технологические закономерности экстракции гуминовых кислот из осадков сточных вод 46
3.1 Определение химического состава, физико-химических свойств осадков сточных вод и биологической активности их щелочных экстрактов 46
3.2 Кинетические закономерности процесса щелочной экстракции гуминовых кислот из осадков сточных вод 54
3.3 Влияние технологических факторов на экстракцию гуминовых кислот из осадков сточных вод 64
Глава 4. Кинетические закономерности извлечения ионов тяжелых металлов из осадков сточных вод 79
4.1 Кинетика извлечения ионов тяжелых металлов из осадков сточных вод 79
4.2 Кинетика извлечения ионов тяжелых металлов раствором хлористоводородной кислоты 84
4.3 Кинетика экстракции ионов тяжелых металлов раствором серной кислоты 91
4.4 Влияние технологических параметров на экстракцию ионов тяжелых металлов из осадков сточных вод хлористоводородной кислотой 94
Глава 5. Создание замкнутых циклов по технологическим средам 101
5.1 Разработка метода регенерации щелочных промывных вод 101
5.2 Разработка метода регенерации солянокислых обрабатывающих растворов 113
Глава 6. Оценка экономической эффективности технологии получения жидких и твердых органоминеральных удобрений из осадков сточных вод 121
6.1 Расчет экономической эффективности технологии получения жидкого органоминерального удобрения 121
6.2 Расчет удельной (на 1000 тонн) экономической эффективности технологии получения твердого органоминерального удобрения 125
Выводы 129
Список использованных источников
- Способы обработки осадков сточных вод
- Биологические и вегетационные опыты
- Кинетические закономерности процесса щелочной экстракции гуминовых кислот из осадков сточных вод
- Кинетика извлечения ионов тяжелых металлов раствором хлористоводородной кислоты
Введение к работе
Интенсивное развитие различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, предприятий энергетики привело к значительному росту количества промышленных и бытовых отходов самого разнообразного состава и вида (твердые, жидкие, газообразные).
Особую опасность представляют твердофазные смеси промышленных и бытовых отходов, содержащие биологически активные вещества и ионы токсичных тяжелых металлов, которые приводят к загрязнению окружающей среды. Только в России ежегодно образуется около 7 млрд. т. таких отходов [1].
Используемые в настоящее время способы их обработки сводятся главным образом к складированию на полигонах. Переработке подвергается не более 25% твердых отходов. Не перерабатываемую часть составляют в основном твердофазные смеси, образующиеся в процессе очистки промышленных и бытовых сточных вод на городских очистных сооружениях.
Только в Нижнем Новгороде ежесуточно образуется до 100 т таких отходов, а накопленные за 30 лет эксплуатации очистных сооружений запасы приближаются к 700 тыс. тонн и занимают площадь более 150 га. С ними безвозвратно теряются ценные компоненты, в том числе цветные металлы и органические вещества, являющиеся важным источником биогенных элементов для растений. Вместе с тем, известно, что в ряде случаев удобрительная ценность осадка может быть сравнима с навозом или перегноем и при внесении осадка в грунт значительно увеличивается урожайность сельхозкультур [2]. В силу этого компоненты твердофазных осадков сточных вод представляют несомненный интерес с точки зрения их использования в сельском хозяйстве. В то же время они содержат целый ряд токсичных ингредиентов (ионы тяжелых металлов, патогенная микрофлора, поверхностно-активные вещества), которые ограничивают такое направление их использования без дополнительного обезвреживания. *Автор выражает благодарность доценту, к.х.н. Элькинду К.М за научные консультации при выполнении работы.
Предлагаемые в настоящее время методы обезвреживания осадков, как правило, не обеспечивают требуемой степени детоксикации и обеззараживания и требуют высоких затрат. В связи с этим разработка высокоэффективных технологий обезвреживания осадков, позволяющих исключить их экологическую и санитарно-гигиеническую опасность и одновременно сохранить ценные агрохимические свойства, является актуальной прикладной задачей. Ее решению посвящена данная работа.
Разработка новых подходов к решению этой проблемы включает в себя создание экологически безопасных ресурсосберегающих малооотходных технологических процессов, которые позволяют решить не только экологические проблемы, но и сделать этот процесс рентабельным, сократить затраты на хранение осадков и снизить плату за природопользование. Серьезным препятствием на пути создания таких технологий является отсутствие общего научно обоснованного подхода к переработке ОСВ. Это вызвано недостатком сведений о физико-химических и биологических свойствах осадков разного происхождения, качественного и количественного состава, а также о закономерностях химических превращений с участием различных ингредиентов ОСВ. Эти свойства и закономерности определены нами применительно к ОСВ Нижегородской станции аэрации (НСА). Поэтому данная работа имеет не только прикладную, но и научную актуальность.
Целью работы явилось определение физико-химических закономерностей экстрагирования биологически активных компонентов и ионов тяжелых металлов из твердофазных смесей и разработка эффективных технологий их получения из осадков сточных вод очистных сооружений.
Работа выполнялась в соответствии с договором о сотрудничестве с Нижегородской станцией аэрации и программой министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма 207 «Экология и рациональное природопользование»).
Научная новизна работы состоит в следующем:
Впервые определены физико-химические свойства твердофазных смесей и общие закономерности извлечения из них биологически активных веществ.
Разработан метод экстракции гуминовых кислот из твердофазных смесей при одновременном присутствии биологически активных веществ и ионов тяжелых металлов водными растворами гидроксидов щелочных металлов с получением жидких органоминеральных удобрений, проведена оптимизация процесса.
Основываясь на полученных кинетических данных по экстракции ионов тяжелых металлов в качестве наиболее эффективного экстрагента предложена хлористоводородная кислота, которая обеспечивает наибольшую сохранность гуминовых кислот.
На основании полученных результатов разработана технологическая цепочка переработки осадков сточных вод с получением жидких и твердых органоминеральных удобрений по замкнутым циклам.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанный технологический процесс позволяет создавать высокорентабельные малотоннажные производства и практически полностью утилизировать осадки сточных вод с получением жидкого и твердого удобрения. При этом жидкое микроэлементсодержащее органоминеральное удобрение «Ризос» имеет свидетельство о его государственной регистрации в Государственном каталоге пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории РФ и санитарно-эпидемиологический сертификат, утвержденный Госсанэпидслужбой РФ, и позволяет увеличить урожайность сельскохозяйственных культур до 25%.
Твердые органоминеральные удобрения повышают урожайность сельскохозяйственных культур до 150-400% и могут в значительной степени компенсировать недостаток традиционных органических удобрений.
Разработанный способ регенерации отработанных кислых растворов, обеспечивающий возврат до 70% кислоты, может быть использован в других
7 отраслях промышленности для создания замкнутых производственных циклов по технологическим средам.
Разработанный малоэнергоемкий (30-50 Вт-ч/кг) тонкопленочный дисковый испаритель может служить основой для создания безотходных замкнутых процессов.
На защиту выносятся: найденные кинетические закономерности и данные по оптимизации технологических параметров экстракции гуминовых кислот из твердофазных смесей; данные по влиянию кинетических и технологических параметров на эффективность извлечения ионов тяжелых металлов из осадков; данные по влиянию кинетических параметров на регенерацию щелочных промывных вод, получаемых после экстракции гуминовых кислот и отработанных солянокислых растворов; технологическая схема переработки осадков с получением органоминеральных удобрений; результаты испытаний разработанной технологии и полученных органоминеральных удобрений.
Способы обработки осадков сточных вод
Утилизация осадков сточных вод может быть осуществлена при соблюдении соответствующих требований: в первую очередь, к составу ОСВ (по содержанию тяжелых металлов, болезнетворных организмов [5, 6, 7]), и с учетом условий накопления токсикантов растениями. Исследования показывают, что содержание тяжелых металлов в ОСВ превышает ПДК в сотни раз. Именно по этой причине из общего количества осадков в качестве удобрений в России используется не более 5% [5, 8, 9].
Цену на обработанный осадок устанавливают исходя из стоимости основных биогенных компонентов. Расчеты показывают, что стоимость 1 т осадка будет составлять примерно 60-65 долл. США [10].
В мировой практике определены и экономически обоснованы два основных способа обработки ОСВ: физические и химические. К физическим относятся пути удаления осадков сточных вод, основанные на их обезвоживании: использование в сельском хозяйстве, депонирование, сушка и термическая обработка [11].
Наиболее целесообразно использовать осадки после высокотемпературной обработки [5, 12, 13]. В целом в странах Европы на сельскохозяйственные поля в качестве удобрения направляется в среднем до 33% осадка: в Греции - до 10%, в Дании - 54%, во Франции - 50%, в Германии - 30%, в Голландии - 25%, в Бельгии - 29%, в Италии - 33% [14]. Однако, нужно иметь ввиду, что такой способ обработки осадков возможен только для таких осадков, которые не содержат в значительной степени токсичные компоненты (например, ионы тяжелых металлов). Распространенным способом утилизации чистого осадка является его вывоз после реагентной или биологической очистки на поля фильтрации с последующим использованием в качестве удобрений и даже кормовых добавок для скота [4]. Такой способ возможен лишь в случае отсутствия или малого содержания соединений тяжелых металлов в осадке.
Захоронение загрязненного осадка в специальных могильниках связано с отчуждением больших площадей земли под их строительство на многие годы и проникновением со временем вредных соединений из осадка в почву и грунтовые воды [4], Обработка осадка обходится дорого - затраты составляют 50-100% затрат [6] на очистку стоков. Не находящий применения осадок скапливается на территории станций аэрации, затрудняя их нормальное функционирование.
В западноевропейских странах образуется -800 кг сырого осадка в год на человека (25-30 кг сухого вещества) [4]. В России годовой объем осадка составляет 6,5 - 7,0 млн. т (абсолютно сухого вещества) [4].
В среднем, по данным западноевропейских стран, депонирование осадка вместе с использованием его в сельском хозяйстве занимает около 50% всего объема осадка, который идет на утилизацию: в Греции - 90%, в Австрии - 50%, в Бельгии - 55%, в Швеции - 60%, в Швейцарии - 30% [14]. Депонирование осадков на сегодняшнем этапе для российских водоканалов -это наиболее приемлемый способ. Однако необходимо иметь ввиду, что поскольку для депонирования применяются только специально сконструированные для этих целей сооружения (шламонакопители), они приводят к деградации земель, выражающейся в ухудшении экологического состояния природных комплексов с постоянным отрицательным воздействием на грунтовые воды и атмосферный воздух, снижении их хозяйственного и эстетического потенциала. Такие накопители осадков в Москве занимают более 500 га [15], в Санкт-Петербурге - 196 га земель в пригородной зоне [16], в Нижнем Новгороде - около 150 га плодородных земель.
Перспективным направлением обработки осадка является его сушка и сжигание в условиях, когда невозможно или экономически нецелесообразно полностью использовать его полезные свойства. В процессе сжигания осадок используется в качестве органического топлива, а образуемая зола - в виде наполнителя [17, 18] в технологических процессах, в строительных материалах [13]. Однако пиролиз и сжигание при высокой энергоемкости приводит к нерациональному расходованию органической составляющей и образованию не утилизируемых вторичных отходов [19].
Комплексный подход к решению проблемы обработки водопроводных и канализационных осадков предлагает фирма «ОНДЕО Дегремон», который включает: сгущение и механическое обезвоживание, анаэробное сбраживание в различных режимах, термическую сушку, компостирование, сжигание, газификацию и жидкофазное окисление. Особенность такого подхода заключается в необходимости детального учета всех местных условий и ограничений: затрат на различные способы отвода и транспортирование осадка, наличие рынка вспомогательных материалов (реагентов) и уровень цен на них, наличие особых требований в отношении отдельных экологических параметров и т.д. Однако стоимость обработки осадка, по их прогнозам, составляет 335-760 евро/т сухого вещества. [20]. При этом не решается проблема токсичных компонентов осадков - ионов тяжелых металлов (ИТМ).
Одним из важных методов обработки осадка является компостирование. Осадок из-за особенностей физической структуры мало пригоден для компостирования. Осадок необходимо смешивать с твердыми наполнителями (опилками, щепой, корой, растительными остатками, мусором и другими отходами) в соотношении, позволяющем довести содержание в смеси влаги и отношение углерод/азот до уровней, оптимальных для размножения микроорганизмов, участвующих в разложении органического вещества и формируют из них штабель. В основании штабеля укладывают пластмассовые трубы, по которым подается воздух. При использовании этого метода для получения 4,5 тыс. м3/год компоста достаточна площадь в 0,8 га при частоте закладки массы на компостирование 72 раза в год [21]. На водоочистном сооружении Лос-Анджелеса из 1200 т ежесуточно образующегося осадка компостированию подвергается около 370 тонн.
Компостирование также способствует и обеззараживанию осадка. Применяемое в России компостирование осадка с твердыми бытовыми отходами в соотношении 4:6 или 3:7 в штабелях при температуре 50-70 С способствует полной дегельминтизации компостируемой массы [22]. После компостирования с . внесением осадков изменяются и агрохимические свойства почвы, в пахотном слое увеличивается содержание органического вещества и подвижного фосфора. При этом урожайность овса может увеличиться на 53% [23]. Однако, нужно иметь ввиду, что приготовленные на основе компостов из осадков почвогрунты по концентрациям солей тяжелых металлов превосходят нормативные показатели [24].
Помимо традиционного компостирования в буртах переработка осадка и других отходов в органическое удобрение осуществляется на специализированных крупных заводах и малогабаритных установках, где проводится ускоренное разложение органической части отходов в условиях контролируемой температуры и влажности [25, 26, 27].
Биологические и вегетационные опыты
По данным фотометрирования градуировочных растворов строится градуировочный график, из которого находят концентрацию определяемого элемента. Для этого по оси абсцисс откладывают массовую концентрацию элемента в растворах сравнения, по оси ординат - соответствующие им показания оптической плотности. Содержание элемента ( в %) определяют по формуле: „ С-1СГ3.25-/М00% .„ .. и = UU т где С - концентрация определяемого элемента, найденная по градуировочному графику, мг/л; 25 и п - разбавление; m - масса взятой пробы для анализа, г.
Анализ твердых и жидких проб на содержание углерода и гуминовых кислот (входящих в состав органоминерального удобрения) проводили по методике определения группового состава гумуса по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [117].
Содержание влаги измеряли весовым методом. В исходном состоянии пробу ОСВ взвешивали на аналитических весах. Далее производилось высушивание его в печи типа УХП - 42 при температуре 105-110С в течение 10 час до постоянного веса. Высушенная навеска охлаждалась в эксикаторе над СаСЬ без доступа воздуха, и после этого фиксировался вес сухого осадка. Проводилось три контрольных взвешивания после сушки и охлаждения до постоянного веса.
Для определения фракционного состава осадка, предварительно просушенного в печи, использовался набор сит (0,5, 1, 3, 5, 7, 10) ТУ 4647-885-73. Состав осадка определяли путем рассеивания по фракциям и последующего взвешивания каждой из них. Фракционирование проводилось по трем отдельно взятым осадкам различного срока хранения.
Насыпной вес осадка (Р), предварительно просушенной навески в сушильной печи при температуре 105-110С до абсолютно сухого вещества и измельченной до размера частиц меньше 1 мм, рассчитывали по формуле: P = m/V, (2.2) где m - навеска почвы, кг; V - объем, занимаемый почвой.
Определение токсичности осадков сточных вод проводили путем определения класса опасности ОСВ. Для этого расчетным методом определяли показатель Kv, характеризующего степень опасности отхода при его воздействии на окружающую природную среду (ОПС) на основе «Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» [118]. К = К! + К2+ К;, (2.3) где КІ - показатель степени опасности компонента отхода, который рассчитывается как отношение концентрации і-того компонента в опасном отходе (СІ) к коэффициенту степени опасности і-того компонента отхода Wj [118] для ОПС по формуле: Ki = Ci/Wi (2.4) Отнесение отходов в классу опасности расчетным методом по показателю степени опасности отхода для ОПС согласно [118] осуществляется в соответствии с таблицей 2.2.
Вегетационные опыты проводились в сосудах Митчерлиха емкостью 5 кг почвы. В качестве контрольной использовали светло-серую лесную среднесуглинистую почву. 1. Проращивание семян на воде с добавлением биологически активных веществ (тест на общую ростостимулирующую активность) [119].
Сущность метода заключается в том, что семена проращивают в чашках Петри в растворах, содержащих биологически активные вещества с разведением (10" ...10 ) в течение 4...12 суток. Отношение длины корней растительных тест-объектов, выраженное в процентах к длине корней контрольного варианта (вода), считали показателем стимуляции.
Влияние жидких биологически активных веществ на ризогенез черенков фасоли (тест на ауксиноподобную активность) [120]. Фасоль выращивали в сосудах с песком. Проростки 10-14-дневного возраста, длиной 11—13 см срезали и ставили в раствор испытуемого препарата. Выращенные при одинаковых условиях и одновременно срезанные растения фасоли представляют в однородный материал, удобный для сравнительных испытаний. У растений фасоли отрезают нижние части на 0,5—1,0 см выше корневой шейки, а побеги с первой парой листьев служат черенками для испытания активности стимуляторов роста. Испытуемые растворы в объеме 100 мл - наливали в химические стаканы, куда помещали черенки без корней. Контрольный вариант - черенки фасоли без корней помещали в химический стакан, наполненный водопроводной водой. Обработку и укоренение черенков проводили при температуре 20-22С на обычном дневном свете.
Через 6-7 дней у черенков появляются корни. Черенки фасоли образуют корни в воде без обработки стимулятором роста, но только у основания и в незначительном количестве, тогда как под влиянием обработки стимулятором роста корни образуются значительно выше основания вдоль по стеблю и в большем числе.
Кинетические закономерности процесса щелочной экстракции гуминовых кислот из осадков сточных вод
Процесс утилизации осадков должен обеспечивать максимальное извлечение всех ценных компонентов, должен быть экологически безопасен, а образование отходов сведено к минимуму.
Выбранное нами направление комплексной утилизации осадков сточных вод включает в себя как селективное извлечение ценных компонентов, так и детоксикацию оставшейся части ОСВ. Первой стадией комплексной переработки ОСВ является экстрагирование гуминовых кислот. Если в качестве первой стадии выбрать извлечение тяжелых металлов, то в обрабатывающий раствор, как было показано в работах [74, 131] одновременно переходит и значительное количество ГК. С ИТМ эти кислоты образуют нерастворимые соединения [131], которые в результате дальнейшей обработки будут безвозвратно потеряны. В конечном итоге это приводит к снижению содержания ГК в осадке и как следствие снижается движущая сила и скорость экстракции.
При выборе растворителей, пригодных для извлечения ГК необходимо учитывать следующие основные факторы: степень извлечения ценных компонентов; растворимость получаемых соединений; экологическое воздействие на окружающую среду; доступность; стоимость.
Единственной растворимой формой ГК являются гуматы щелочных металлов [60], поэтому в качестве возможных экстрагентов были выбраны в первую очередь, водные растворы гидроксидов щелочных металлов. Также для извлечения гуминовых кислот может быть использован пирофосфат натрия [131]. Поскольку ОСВ содержат в больших количествах ИТМ, которые при экстрагировании могут перейти в раствор, был проведено исследование влияния различных видов растворителей на степень перехода ИТМ в 1 н раствор (таблица 3.10). В этой же таблице для сравнения представлены данные, характеризующие переход основных компонентов ОСВ він серную кислоту и пирофосфат натрия. Измерения проводили при температуре 293 К, соотношении Ж:Т= 5:1, времени процесса 1 час. Таблица
Из представленных в таблице данных видно, что наибольшее извлечение ПС происходит в растворах гидроксида и пирофосфата натрия. Значительно меньшее количество ПС выделяется из ОСВ растворами аммиака и серной кислоты.
Использование для извлечения ПС раствора аммиака и пирофосфата натрия приводит к увеличению содержания ИТМ в растворе. Это связано с тем, что пирофосфат натрия и аммиак являются хорошими лигандами для большинства ИТМ. Поэтому при использовании таких растворов в качестве удобрений ИТМ будут переходить в почву и накапливаться в растениях. В серную кислоту главным образом переходят ИТМ, суммарное их количество превышает переход в щелочные растворы калия и натрия примерно в 60 раз. При применении щелочей количество ИТМ, перешедших в раствор практически не зависит от вида щелочного агента, но переход ПС в раствор примерно на 20% больше при использовании NaOH, чем в случае КОН (таблица 3.10). Все вышесказанное указывает на то, что наиболее подходящими для извлечения гуминовых веществ являются растворы щелочей, а для извлечения ИТМ растворы кислот.
Переход ИТМ мало зависит от концентрации применяемой щелочи, за исключением цинка, что связано с образованием хорошо растворимых, устойчивых цинкатных комплексных ионов. Выход ГК возрастает с ростом концентрации щелочи. С точки зрения выше сформулированных критериев более целесообразно проводить извлечение ГК из осадков сточных вод раствором NaOH, так как гидроксид натрия более доступен, дешевле и обеспечивает наибольшую степень перехода ГК.
Процесс экстракции сводится к химической реакции между щелочью и гуминовыми кислотами с получением хорошо растворимых гуматов щелочных металлов и может быть записан следующим образом: NaOH + ГК -+ NaTK + Н20. (3.1) Этот процесс является экзотермическим и сопровождается выделением энергии. Величина и знак теплового эффекта, определенные по методике [133] составили 8,9 кДж/моль. Выделение тепла весьма важно с точки зрения поддержания температурного режима и частичной компенсации энергозатрат на проведение процесса.
Кинетические параметры экстракции гуминовых кислот определяли по убыли количества гуминовых кислот (мг) в твердой фазе при пятикратном избытке гидроксида натрия. Содержание гуминовых кислот находили по методу Тюрина.
Кинетика извлечения ионов тяжелых металлов раствором хлористоводородной кислоты
Как было показано в разделе 3.2, щелочная экстракция приводит лишь к частичному извлечению ГК (до 34%). Остальная часть органического вещества находится в осадке, что делает их таюке перспективными с точки зрения использования в сельском хозяйстве. Состав ОСВ после щелочной обработки представлен в таблице 4.1.
Содержание ИТМ в обработанном и необработанном осадке практически не изменилось и существенно превышает их ПДК в почве, что препятствует прямому их применению в сельском хозяйстве. Анализ литературных и патентных данных показывает, что удаление ИТМ из ОСВ возможно только химическим путем. Наиболее доступным способом является применение для этой цели растворов неорганических кислот. В то же время процесс экстракции ИТМ наряду с максимальным извлечением металлов должен быть экологически безопасен, а образование отходов сведено к минимуму. Экстрагент, используемый в процессе извлечения ИТМ, должен отвечать следующим требованиям: -. обеспечивать наиболее полное извлечение ИТМ; - оказывать минимальное влияние на утилизируемые компоненты ОСВ, в частности на органическую составляющую и другие биогенные элементы; - обладать низкой токсичностью и не оказывать отрицательного воздействия на окружающую среду; - иметь низкую стоимость, не быть дефицитным; - обладать высокой растворяющей способностью; - обеспечивать возможность регенерации.
С учетом сформулированных требований применение органических кислот, таких, как уксусная, лимонная и других нецелесообразно. Они являются дорогостоящими веществами, производятся в значительно меньших объемах, чем минеральные кислоты. Соли тяжелых металлов органических кислот мало или плохо растворимы. Также затруднена и регенерация этих кислот. Принципиально возможно удаление ИТМ из осадков сточных вод с помощью водных растворов аммиака. Но, во-первых, как указывалось в разделе 3.2., происходит экстракция органической составляющей осадков, во-вторых, извлечение ИТМ происходит селективно за счет образования растворимых комплексных соединений, например, никеля, меди, цинка. При этом большая часть ИТМ остается в осадке. Анализ литературных данных приводит к выводу, что наиболее пригодными для извлечения ИТМ могут быть водные растворы таких неорганических кислот, как серная, хлористо-водородная и азотная. Эти кислоты являются хорошими растворителями для всех ИТМ, входящих в состав осадков. Они широко используются в гальванотехнике, в гидрометаллургии и других отраслях промышленности. Растворы хлоридов и сульфатов наиболее часто используют при экстракции цветных металлов из руд.
В то же время растворение гидроксидов металлов и их оксидов в неорганических кислотах протекает с различными скоростями, они обладают различной растворимостью. Возможно, будут отличия и при переходе в раствор органической составляющей.
Из представленных в таблице данных видно, что практически все соли тяжелых металлов этих кислот хорошо растворимы. Окончательный выбор кислоты для экстракции ИТМ из ОСВ может быть сделан с помощью дополнительных исследований кинетики извлечения ТМ.
В общем виде реакция взаимодействия гидроксидов ТМ с неорганическими кислотами может быть записана следующим образом: Ме(ОН)п + пН+Ап - nH20 + MeAnn. (4.1)
Осадки сточных вод наряду с токсичными тяжелыми металлами содержат и катионы других металлов (Са, Mg). Поскольку суммарно содержание металлов составляет -10-12% (таблица 3.1), то расход кислоты по уравнению (4.1), как показывают наши расчеты, суммарно составляет 40-50 г на 100 г ОСВ.
Одним из важнейших параметров процесса экстракции является степень извлечения. Для ее определения проводили экстрагирование металлов в раствор кислот при соотношении жидкой и твердой фаз 10:1 и температуре 298 К. При этом концентрацию кислот можно изменять в достаточно широких пределах. Однако нужно иметь ввиду, что при низких концентрациях кислот скорости извлечения ионов металлов малы и, соответственно требуются большие объемы растворов. Это в свою очередь приводит к увеличению габаритных размеров оборудования. Применение растворов с концентрациями более 2 М нецелесообразно, так как .увеличивается расход кислоты в связи с ее механическим уносом с осадком (до 30% от объема осадка). Так же это приводит к повышению скорости коррозии оборудования, и ухудшению условий труда обслуживающего персонала.
Данные, характеризующие влияние вида кислоты на степень извлечения ИТМ при различных концентрациях, соотношении жидкой и твердой фаз 10:1, температуре 298 К и времени экстракции 3 часа приведены в таблице 4.3.
