Извлечение металлов из сточных вод

Обновлено: 28.09.2024

биосорбция / биомасса / Saccharomyces cerevisiae / Spirulina subsalsa / тяжелые ме­таллы / сточные воды. / biosorption / biomass / Saccharomyces cerevisiae / Spirulina subsalsa / heavy metals / wastewater.

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — И. Н. Лыков, Р. А. Гаранин, Д. И. Петрухина

Основная цель настоящей работы — показать возможность использования биомассы Spirulina subsalsa , Saccharomyces cerevisiae , сухих дрожжей и хитин-глюканового комплекса дрожжей для уда­ления тяжелых металлов из сточных вод. Было установлено, что Spirulina subsalsa и Saccharomyces cerevisiae обладают наибольшей способностью концентрировать тяжелые металлы (Zn, Си и Ni). В статье представлены данные о влиянии концентрации биомассы , показателя ионов водорода (pH) и температуры на сорбционную активность исследуемых биосорбентов. Максимальное удаление тяжелых металлов регистрировалось при 20—29 °С с нейтральным pH (8,0) в первые 24 часа.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — И. Н. Лыков, Р. А. Гаранин, Д. И. Петрухина

Исследование возможности использования дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) в качестве биосорбента тяжелых металлов из промышленных сточных вод

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ БИОСОРБЕНТОМ НА ОСНОВЕ КЛЕТОЧНЫХ СТЕНОК ДРОЖЖЕЙ, ИММОБИЛИЗОВАННЫХ В Са-АЛЬГИНАТНЫЙ ГЕЛЬ В СТАТИЧЕСКОМ И ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМАХ

Изучение закономерностей группового концентрирования ионов свинца, кадмия и меди из водных растворов биосорбентами на основе клеточных стенок дрожжей Saccharomyces cerevisiae

USE OF BIOMASS OF MICROORGANISMS FOR EXTRACTION OF HEAVY METALS FROM WASTEWATER

The main goal of the present work is to show the possibility of using the biomass Spirulina subsalsa , Sac­ charomyces cerevisiae, dry yeast and chitin-glucan yeast complex to remove heavy metals from sewage. It was found that Spirulina subsalsa and Saccharomyces cerevisiae have the greatest ability to concentrate heavy metals (Zn, Cu and Ni). The article presents data on the influence of the concentration of biomass , the index of hydrogen ions (pH) and temperature on the sorption activity of the investigated biosorbents. The maximum removal of heavy metals was recorded at 20—29 °C with a neutral pH (8.0) in the first 24 hours.

Текст научной работы на тему «Использование биомассы микроорганизмов для извлечения тяжелых металлов из сточных вод»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

Р. А. Гаранин, к. б. н, преподаватель КГУ

им. К. Э. Циолковского,

Д. И. Петрухина, соискатель КГУ

Основная цель настоящей работы — показать возможность использования биомассы Spirulina subsalsa, Saccharomyces cerevisiae, сухих дрожжей и хитин-глюканового комплекса дрожжей для удаления тяжелых металлов из сточных вод. Было установлено, что Spirulina subsalsa и Saccharomyces cerevisiae обладают наибольшей способностью концентрировать тяжелые металлы (Zn, Cu и Ni). В статье представлены данные о влиянии концентрации биомассы, показателя ионов водорода (рН) и температуры на сорбционную активность исследуемых биосорбентов. Максимальное удаление тяжелых металлов регистрировалось при 20—29 °С с нейтральным рН (8,0) в первые 24 часа.

The main goal of the present work is to show the possibility of using the biomass Spirulina subsalsa, Saccharomyces cerevisiae, dry yeast and chitin-glucan yeast complex to remove heavy metals from sewage. It was found that Spirulina subsalsa and Saccharomyces cerevisiae have the greatest ability to concentrate heavy metals (Zn, Cu and Ni). The article presents data on the influence of the concentration of biomass, the index of hydrogen ions (pH) and temperature on the sorption activity of the investigated biosorbents. The maximum removal of heavy metals was recorded at 20—29 °C with a neutral pH (8.0) in the first 24 hours.

Ключевые слова: биосорбция, биомасса, Saccharomyces cerevisiae, Spirulina subsalsa, тяжелые металлы, сточные воды.

Key words: biosorption, biomass, Saccharomyces cerevisiae, Spirulina subsalsa, heavy metals, wastewater.

Наиболее широко используемые методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов не всегда обеспечивают их очистку до требуемых параметров [1]. Поэтому в последнее время все большее внимание уделяется биосорбционным процессам. Некоторые микроорганизмы, такие как дрожжи и микроводоросли, обладают свойствами биосорбции и могут быть использованы для снижения концентраций ионов тяжелых металлов в сточных водах [2, 3]. Получение необходимой биомассы (биосорбента) не занимает много времени. Кроме того, весьма перспективным является повторное использования для этих ц елей отходов пивоваренных производств и биомассы спиру-лины [4].

В перспективе применение биомассы микроорганизмов оправдано экономически, поскольку результатом будет являться не только повышение эффективности очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, но и снижение размера экологических платежей пред-

приятий за загрязнение окружающей среды, но поскольку в литературе существуют различные мнения и приводятся различные результаты биосорбционной способности микроорганизмов, то это послужило основанием для проведения настоящего исследования.

Содержание тяжелых металлов в сточной воде до и после сорбционной очистки определяли методом атомно-абсорбцион-ной спектрометрии [5]. В качестве сорбентов использовали биомассу пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae штамм БС1, биомассу цианеи Spirulina subsalsa штамм РСС 9445, а также сухие дрожжи и хитин-глюкановый комплекс из дрожжевой биомассы.

Хитин-глюкановый комплекс получали из живой биомассы дрожжей Saccharo-myces cerevisiae, которую медленно замораживали до —15 °С в течение 24 час, после чего механически измельчали. Замороженную измельченную биомассу обрабатывали ультразвуком в течение 15 мин в ультразвуковой бане с температурой во-

ды 20 °С. Полученную биомассу депроте-инизировали в 4 %-ном водном растворе едкого натрия при температуре 55 °С течение 60 мин (соотношение дрожжей и щелочи 1:4). Затем раствор охлаждали, промывали до нейтральной реакции, центрифугировали 10 мин при 3000 об/мин. Образовавшийся плотный осадок светлосерого цвета высушивали в сухожаровом шкафу при 55 °C в течение 48 ч. Полученную массу помещали в 96 % спирт для удаления липофильных веществ.

Для целей эксперимента биомассу Saccharomyces cerevisiae выращивали в биореакторе при 20 °С в течение 2 суток с принудительной аэрацией стерильным воздухом; в качестве питательной среды использовали фильтрованное охмеленное сусло; отделение биомассы дрожжей от питательной среды осуществляли методом фильтрования под вакуумом в течение 25 мин.

Биомассу Spirulina subsalsa PCC 9445 выращивали на стандартной питательной среде Заррука [6]. Затем осуществляли перемешивание биомассы сорбента со сточной водой.

Сорбционную способность биомассы Saccharomyces cerevisiae SC1, Spirulina subsalsa PCC 9445 в сравнении с сухими дрожжами и биосорбентом на их основе (активированный хитин-глюкановый комплекс) исследовали на модельной сточной воде, содержащей соли меди, никеля и цинка (хлориды и сульфаты).

Концентрация Saccharomyces cerevisiae SC1 и сухих дрожжей в модельных средах составила 5 и 10 г/дм3, а активированный хитин-глюкановый комплекс добавляли в количестве 1,5 г/дм3. Концентрация меди, никеля и цинка в модельной среде составила соответственно 40, 100 и 20 мг/дм3.

Эффективность биосорбции Е (%) рассчитывали по формуле [2]:

Е (%) = 100 - Ск/Сн s 100,

где Ск — конечная концентрация ионов металла в растворе по окончании эксперимента (мг/дм3); Сн — начальная концентрация ионов металла в растворе до эксперимента (мг/дм3).

Результаты исследования. Установлено, что через 24 ч при температуре 29 °C концентрация тяжелых металлов в модельных средах в присутствии Saccharo-myces cerevisiae SC1 снижалась наиболее

Saccharomyces Хитин-глюкановый cerevisiae комплекс

:: медь н никель в цинк

Рис. 1. Остаточная концентрация ионов металлов в модельной среде, мг/дм3

медь никель цинк

| в БршШпа БиЬзака д БассЬаготусез сегеу151аес |

Рис. 2. Эффективность (%) извлечения ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод

интенсивно, чем при использовании в качестве сорбентов хитин-глюканового комплекса и сухих дрожжей (рис. 1).

Проведенные исследования показали высокую эффективность извлечения катионов тяжелых металлов биомассой Бр1-гыПпа зыЬзаЬа РСС 9445 и БассНаготусез се-геУ131ае БС1 из сточных вод с повышенным содержанием тяжелых металлов (рис. 2).

Наилучшей способностью концентрировать тяжелые металлы, извлекая их из растворов, обладает биомасса БассНаготусез сегеу1з1ае, аналогичные показатели у БргыНпа зыЬза1за РСС 9445 несколько ниже. Оба вида микроорганизмов более активно поглощают ионы никеля и цинка, чем катионы меди. Возможно, это связано с более высокой адсорбционной специфичностью поверхностных (полисахариды и белки) или внутренних структур микроорганизмов к определенным металлам, а также с особенностями самих сорбируемых ионов металлов.

Увеличение биомассы БрГыНпа зыЬза1за РСС 9445 и БассНаготусез сегеУ131ае с 5 до

Очистка сточных вод от
тяжелых металлов

Характеристики и свойства сточных вод с содержанием тяжелых металлов, которые поступают на очистные сооружения, могут значительно отличаться, что, в результате, приводит к образованию смешанного состава металлосодержащих загрязненных стоков. На очистных сооружениях предприятий не всегда существует возможность получать очищенную воду, которая соответствует высоким требованиям ПДК по тяжелым металлам. Поэтому для соблюдения нормативов технологическая схема очистки сточных вод должна состоять из последовательных процессов:

  1. Концентрирования загрязняющих веществ. При очистке тяжелых металлов из стоков этот процесс хорош тем, что выделенные загрязняющие вещества могут повторно применяться в основном производстве.
  2. Обезвреживание.
  3. Переход примесей в новое фазово-дисперсное состояние.
  4. Разделение фаз.

В технологических схемах очистки стоков установки подразделяют по гидродинамическому режиму их работы:

  • проточные - включают в себя все процессы очистки сточных вод, практически полностью очищают сточные воды до необходимых нормативов;
  • не проточные - сточные воды подаются дозированно, после завершения цикла - освобождаются, подходят для предварительной очистки.

Таблица 3. Рекомендации при разработке технологических схем очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

ПоказателиТехнологический прием
Высокое содержание ионов тяжелых металловИспользование непроточных очистных сооружений (отстойников, накопителей); прямой выпуск сточных вод после подщелачивания для обезвоживания осадка
Большая амплитуда колебаний рН и загрязняющих веществИспользование непроточных реакторов-накопителей; растворов с различной концентрацией реагентов; последовательное регулирование рН
Присутствие металлов с разными значениями рН гидратообразованияПрименение многоступенчатого разделения фаз (двухступенчатых флотаторов, отстойников и фильтров); регулирование рН на каждой ступени разделения фаз
Присутствие комплексообразователейПрименение непроточных очистных сооружений в виде реакторов-накопителей для разрушения комплексов: хрома шестивалентного, цианидов и др.; использование Na2S натрия и других необходимых реагентов
Глубокая очистка от ионов тяжелых металловИспользование Na2S, коагулянтов, сорбентов и других необходимых реагентов; многоступенчатое разделение фаз с последующим добавлением реагентов-осадителей
Деминерализация очищенной водыПрименение методов ионного обмена, обратного осмоса или электродиализа с последующим ионным обменом

При разработке технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов следует обратить внимание на составление схем повторного и многократного применения очищенных стоков и возвращение их в оборотные системы водоснабжения промышленных предприятий. Такие технологии должны осуществлять экономичные и экологичные способы очистки и соответствовать нормативам ПДК.

В загрязненных стоках ртуть находится в металлической форме, а также в виде оксидов, сульфатов, сульфидов, нитратов, цианидов, тиоцианатов, ционатов. Стоки, которые содержат ионы ртути, являются наиболее токсичными.

Металлическую форму ртути очищают из загрязненных стоков методом отстаивания или фильтрования. Взвешенные частицы осаждают хлором или гипохлоритом натрия до хлорида ртути, затем восстанавливают. Далее следуют процессы осаждения с помощью сульфида Na с образованием сульфида Hg и последующей коагуляцией хлоридом Fe.

Соединения ртути из стоков можно извлечь несколькими способами:

  • осадить сульфидом железа или его смесью с сульфатом бария;
  • восстановить до металлической формы;
  • использовать реагентный или сорбционный метод или метод ионного обмена.

Очистка стоков от цинка, меди, никеля, свинца, кадмия

Для извлечения из загрязненных стоков ионов цинка Zn, меди Cu, никеля Ni, свинца Pb, кадмия Cd наиболее рациональным методом является реагентный. Регенты переводят растворимые соединения в нерастворимые осадки. Для этого используют оксид кальция, гидроксид натрия, соду и едкий натр.

Загрязненные воды, которые содержат соли цинка, обрабатывают гидроксидом натрия. При этом необходимо контролировать величину рН.

Соли меди образуют гидроксид Cu или гидроксикарбонат Cu, но так как гидроксикарбонат слабо растворим, то наиболее правильно будет осаждать медь в виде основного карбоната. Для этих целей используют известь третьего сорта.

Очистка загрязненных стоков от кадмия осуществляется добавлением диоксида S или сульфитов и металла в виде порошка (Fe или Zn). Металлы способствуют восстановлению сульфитов до труднорастворимых сульфидов.

Для осаждения никеля также подходит известь третьего сорта.

Удаление свинца из загрязненных стоков происходит с превращением его в карбонат свинца с помощью известняка, мела, мрамора. Как правило, эти минералы являются загрузкой фильтров.

Использование Na₂S позволяет добиться высоких результатов очистки.

Очистка стоков от мышьяка

Для очистки мышьяка из загрязненных стоков следует учитывать форму металла и его концентрацию, кислотность раствора, компоненты и некоторые другие показатели раствора. Чаще всего вещество переводят в малорастворимое и осаждают. Получаются арсенаты и арсениты металлов, сульфиды и триоксид мышьяка.

В сильнокислом растворе используют известковое молоко, сульфид натрия, сероводород. Мышьяк As (V) легко связывается и более способен к осаждению, чем As (III). Поэтому перед очисткой из стоков мышьяка As (V) необходимо его перевести в форму As (III). Для этого используют хлорную известь, гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон, пиролюзит.

Очистка стоков от хрома (VI)

Удаление из загрязненных стоков хрома (VI) происходит в два этапа:

  • восстановление хрома (VI) до хрома (III);
  • осаждение хрома (III) в виде гидроксида.

Реагентами выступают натрия сульфит, натрия гидросульфит, натрия тиосульфат. Восстановление осуществляется в кислой среде. Если в качестве восстановителя применить сульфат железа, то подкисление стоков не требуется.

Очистка стоков от железа

Для удаления железа из загрязненных стоков используют аэрацию, реагентные методы, электродиализ, адсорбцию, обратный осмос.

Во время воздействия кислородом воздуха железо окисляется и переходит из Fe (II) в Fe (III), которое затем отделяется после осаждения. Для перевода железа в форму трехвалентного используют также хлор, хлорную известь, перманганат калия, озон, известь, соду.

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Семенов Артем Федорович, Либерман Елена Юрьевна, Колесников Владимир Александрович

В данной статье представлен обзор современных способов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Среди них рассмотрены: химическое осаждение , электрокоагуляция, адсорбция и жидкостная экстракция . Показаны основные достоинства и недостатки каждого из метода, а также способы их управления.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Семенов Артем Федорович, Либерман Елена Юрьевна, Колесников Владимир Александрович

Обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах

Оптимизация параметров электрокоагуляционного процесса очистки сточных вод гальванического производства

Исследования свойств и состава осадка, образующегося при гальванокоагуляции сточных вод предприятий машиностроительного профиля

REVIEW OF MODERN METHODS OF WASTEWATER TREATMENT OF ELECTROPLATING PLANTS FROM HEAVY METAL IONS

This article provides an overview of modern methods of wastewater treatment from heavy metal ions. Among them, chemical precipitation , electrocoagulation, adsorption and liquid extraction are considered. The main advantages and disadvantages of each method, as well as ways to manage them, are shown.

Текст научной работы на тему «ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ»

Семенов А.Ф., Либерман Е.Ю., Колесников В.А.

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Либерман Елена Юрьевна, к.х.н., доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов.

Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20

В данной статье представлен обзор современных способов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Среди них рассмотрены: химическое осаждение, электрокоагуляция, адсорбция и жидкостная экстракция. Показаны основные достоинства и недостатки каждого из метода, а также способы их управления.

Ключевые слова: гальваническое производство, сточные воды, осаждение, коагуляция, экстракция, адсорбция.

REVIEW OF MODERN METHODS OF WASTEWATER TREATMENT OF ELECTROPLATING PLANTS FROM HEAVY METAL IONS

Semenov A.F., Liberman E.Yu., Kolesnikov V.A.

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

This article provides an overview of modern methods of wastewater treatment from heavy metal ions. Among them, chemical precipitation, electrocoagulation, adsorption and liquid extraction are considered. The main advantages and disadvantages of each method, as well as ways to manage them, are shown.

Keywords: electroplating, waste water, precipitation, coagulation, extraction, adsorption.

Сточные воды ряда отраслей промышленности, таких как гальваническое, химическое, металлургическое, горнодобывающее производство, содержат в своем составе высокую концентрацию ионов тяжелых металлов, включая цинк, медь, никель, кобальт, свинец, хром и др. Сброс промышленных сточных вод непосредственно в природные воды влечет за собой большой риск загрязнения водной экосистемы, в то время как прямой сброс в канализационную систему может негативно сказаться на последующей биологической и химической очистке сточных вод [1].

Сточные воды гальванохимических производств образуются в основном в результате операций нанесения покрытий на детали методами травления в специальных ваннах. В ходе операций травления в сточные воды попадают ион тяжелых металлов, которые являются серьезной угрозой как для здоровья человека, так и экологическим системам [2]. В связи с этим высокий уровень экологической осведомленности в совокупности с ужесточением нормативных экологических актов побуждает промышленность искать и внедрять более совершенные технологии очистки сточных вод [3].

В настоящее время существует множество различных химических и физических методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающих в себя химическое осаждение, окисление, ионный обмен, адсорбцию, мембранную фильтрацию, обратный осмос, технологии электрохимической обработки. Однако большинство

из этих методов имеют ряд существенных недостатков, таких как образование большого количество шлама, недостаточная эффективность очистки, необходимость высоких эксплуатационных и капитальных затрат, а также применение высоких технологий [4].

Наиболее эффективным и экологичным методом очистки сточных вод от тяжелых металлов является их осаждение в виде нерастворимых форм гидроксидов. Основная идея метода химического осаждения заключается в точном регулировании значения pH сточных вод и добавлении химических коагулянтов, таких как соли алюминия и железа, для удаления ионов тяжелых металлов в виде коллоидных веществ [5]. При этом осаждение протекает согласно следующей реакцией: M+n + nOH-(aq) ~ M(OH)n(s)

Так в работе [6] авторы исследовали возможность использования в качестве таких коагулянтов шламовый остаток с высоким содержанием алюминия и железа, полученный с водоочистительного завода Bhandup (Мумбаи, Индия), а также влияние pH. Была проведена серия опытов в диапазоне pH 2,5-8,5 как на одно- так и на многокомпонентных растворах содержащих такие ионы, как Zn(II), Си(11), РЬ(11), Со(11), ^(П) и Сг^1). В целом степень удаления катионов тяжелых металлов, таких как Zn(II), Си(11) и РЬ(11) увеличивается с увеличением значения pH, в то время как удаление иона Сг(У^) снижается с увеличением pH. Опыты с использованием

Несмотря на то, что метод химической очистки сточных вод гальванических производств является весьма эффективным, он имеет довольно высокую стоимость. Помимо этого, при добавлении химических веществ (коагулянтов) в сточные воды, могут образовываться побочные продукты, которые рассматриваются как вторичные загрязнители (гальванический шлам) [7].

В качестве альтернативного метода осаждения в настоящее время широко применяется метод электрокоагуляции. В основе метода лежит воздействие постоянного электрического тока на сточные воды гальванических производств через электроды (катода и анода), которые обычно изготавливаются из железа или алюминия [8,9]. При этом добавление каких либо химических веществ в процессе электрокоагуляции не нужно.

Основными достоинствами данного метода являются простота эксплуатации, высокая степень очистки сточных вод, низкое энергопотребление, низкое образование осадка, а также низкое содержание растворенных твердых веществ [10].

Авторы исследования [11] удаляли ионы тяжелых металлов (^2+, Сг3+, №2+ и Zn2+) из сточных вод гальванических производств методом электрокоагуляции. Для этой цели они использовали электрореактор с шестью электродами из углеродистой стали монополярной конфигурации. При этом три электрода использовались как катоды, а остальные три - аноды. Полученные результаты показали, что эффективность удаления ионов тяжелых металлов возрастает с увеличением времени электрокоагуляции и увеличением плотности постоянного тока. В ходе процесса электрокоагуляции было установлено, что более 97% ионов тяжелых металлов удаляются из сточных вод при плотности тока 4 мА/см2, значении рН - 9,56 и времени контакта - 45 минут.

В работе [12] разработан комплексный подход к очистке сточных вод гальванических производств. Он заключается в последовательных процессах кислотного выщелачивания, электроосаждения и осаждения аммонийным ярозитом для извлечения тяжелых металлов из гальванического шлама, полученного в ходе химического осаждения ионов тяжелых металлов из сточных вод. Результаты показали, что при выщелачивании 10%-ной Н2Б04 из шлама удаляется около 95% меди и никеля, 90% хрома и 86% железа. При дальнейшем электроосаждении выщелоченного раствора удаляется более 99% меди. Затем оставшийся раствор после извлечения меди обрабатывают аммонийным ярозитом. При этом в виде феррита хрома осаждается около 99,9% хрома и железа. Далее этот раствор снова подвергли

электроосаждению для извлечения никеля. При этом было извлечено около 57% никеля при постоянном рН 5,5 и напряжении ячейки 5,5 В.

Помимо данных методов извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод широко применяется адсорбционный процесс с использованием различных твердых сорбентов. Главным недостатком данного метода является дороговизна используемых адсорбентов [13].

В работе [14] исследовалась возможность извлечения цинка из сточных вод с помощью синтетического цеолита марки ZEOCROS CG180 с последующей дисперсно-воздушной флотацией с целью десорбции цинка. Этот комбинированный процесс называется сорбционной флотацией. В ходе проведения эксперимента были установлены оптимальные условия процесса. Так, для извлечения 50 мг/л цинка необходимо взять 4 г/л цеолита. Оптимальное значение рН для флотации частиц цеолита при использовании катионного или анионного ПАВ составляет 6 при этом дозировка ПАВ равна 50 мг/л. Установлено, что оптимальное время выдержки при флотации составляет 5 минут, а время сорбционного взаимодействия - 20 минут.

Несмотря на то, что цеолиты и активированный уголь являются наиболее часто используемыми адсорбентами, в настоящее время ведется поиск недорогих сорбентов для удаления ионов тяжелых металлов.

Так, в работе [15] в качестве альтернативного адсорбента авторы предлагают использовать оливковые косточки для очистки сточных вод от ионов меди (II), никеля (II) и хрома (VI). Проведенные эксперименты на модельных растворах, содержащих ионы шестивалентного хрома, показали, что очистка от Сг (VI) идет по двум параллельным механизмам: адсорбция Сг(У!) на оливковых косточках и восстановление Сг(У1) до Сг(Ш). При этом полное удаление хрома возможно с использованием двух последовательно работающих адсорбционных колонн. Опыты на реальных водных системах показали, что адсорбция ионов хрома (VI), меди (II) и никеля (II) на оливковых косточках весьма эффективна, при этом остаточное содержание ионов составляет 2,04; 1,48 и 0,93 мг/л соответственно.

Одним из перспективных методов очистки сточных вод от тяжелых металлов является жидкостная экстракция. Достоинство данного метода заключается в том, что может быть обработан большой объем сточных вод, при этом происходит избирательное извлечение ионов тяжелых металлов путем кристаллизации их солей или методом электролиза [16].

В работе [17] авторы изучили влияние вида экстрагента на степень извлечения тяжелых металлов из сточных вод гальванических производств. Экстракция цинка, меди, железа, никеля и хрома проводилась 10% Aliquat 336, 5% ЫХ 984^С, 10% ББНРЛ, 15% ЫХ 984N-C и 10% Cyanex 272 в керосине соответственно. При этом

равновесные значения pH составляли 1,45, 1,20, 1,00, 5,25 и 6,00. Результаты показали, что извлечение Zn2+ составляет 99,6%; Cu2+ - 100%; Fe3+ - 100%; Ni2+ - 99,9%; Cr3+ - 100% при практически 100% селективности.

Авторы [18] рассматривали возможность применения жидкостного экстрагента «Аламин 336» в сочетании с наименее опасным биоразлагаемым растворителем - рафинированным пальмовым маслом для извлечения ионов шестивалентного хрома из сточных вод гальванических производств. Опыты проводили при стехиометрическом соотношении экстрагент:растворитель - 1:1 и в диапазоне pH 0,6-4. Результаты эксперимента показали, что извлечение хрома в интервале pH 0,6-2 составляет 94,6%, при этом увеличение pH до 4 приводит к снижению степени извлечения ионов хрома до 34%. Также было установлено, что ионы железа и цинка, присутствующие в сточных водах, оказывают отрицательное воздействие на извлечение шестивалентного хрома из-за образования конкурентных анионных вакансий, в то время как медь и никель не оказывают существенного влияния.

Таким образом, в последние годы было разработано множество различных способов очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов. Обзор современных методов очистки сточных вод показал, что все способы имеют как свои достоинства, так и значительные недостатки. В связи с этим поиск эффективных методов очистки является актуальной проблемой и на сегодняшний день.

1. Ghosh A., Dastidar M.G., Sreekrishnan T.R. Recent advances in bioremediation of heavy metals and metal complex dyes: Review // J. Environ. Eng. -2016. - № 142. - С. 1-14.

2. Liu T., Yang X., Wang Z.-L., Yan X. Enhanced chitosan beads-supported Fe0-nanoparticles for removal of heavy metals from electroplating wastewater in permeable reactive barriers // Water Research. - 2013. - Т. 47, № 17. - C. 6691-6700.

3. Teh C.Y., Budiman P.M., Shak K.Y., Wu T.Y. Recent advancement of coagulation-flocculation and its application in wastewater treatment // Industrial and Engineering Chemistry Research. - 2016. - Т. 55, № 16. - C. 4363-4389.

4. Natarajan R., Manivasagan R. Biosorptive removal of heavy metal onto raw activated sludge: parametric, equilibrium, and kinetic studies // Journal of Environmental Engineering (United States). - 2016. - Т. 142, № 9.- C. 1-7.

5. Agridiotis V., Forster C.F., Carliell-Marquet C. Addition of Al and Fe salts during treatment of paper mill effluents to improve activated sludge settlement characteristics // Bioresource Technology. - 2007. - Т. 98, № 15. - C. 29262934.

6. Ghorpade A., Ahammed M.M. Water treatment sludge for removal of heavy metals from electroplating wastewater // Environmental

Engineering Research. - 2018. - T. 23, № 1. - C. 92-98.

7. Clark T., Stephenson T. Effects of chemical addition on aerobic biological treatment of municipal wastewater // Environmental Technology (United Kingdom). - 1998. - T. 19, № 6 - C. 579-590.

8. Chen G. Electrochemical technologies in wastewater treatment // Separation and Purification Technology.

- 2004. - T. 38, № 1. - C. 11-41.

9. Mollah M.Y.A., Parga R.S.J.R., Cocke D.L. Electrocoagulation (EC) - Science and applications // Journal of Hazardous Materials. - 2001. - T. 84, № 1. - C. 29-41.

11. Al-Shannag M., Al-Qodah Z., Bani-Melhemc K., Qtaishat M.R., Alkasrawid M. Heavy metal ions removal from metal plating wastewater using electrocoagulation: Kinetic study and process performance // Chemical Engineering Journal. -2015. - №260. - C. 749-756.

12. Peng C., Li P., Bi J. Heavy metals recovery from electroplating sludge by the multi-steps of leaching, electrodepositing and precipitating // International Conference on Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering, RSETE. - 2011. - C. 8296-8299.

13. Febrianto J., Kosasiha N., Sunarsob J., Jua Y.-H., Indraswatib N., Ismadjia S. Equilibrium and kinetic studies in adsorption of heavy metals using biosorbent: A summary of recent studies // Journal of Hazardous Materials. - 2009. - T. 162, № 2. - C. 616-645.

14. Matis K.A., Zouboulis A.I., Gallios G.P., Erwe T., Blocher C. Application of flotation for the separation of metal-loaded zeolites // Chemosphere.

- 2004. - T. 55, № 1. - C. 65-72.

15. Martin-Lara M.A., Blazquez G., Trujillo M.C., Perez A., Calero M. New treatment of real electroplating wastewater containing heavy metal ions by adsorption onto olive stone // Journal of Cleaner Production. - 2014. - T. 81. - C. 120-129.

16. El-Nadi Y.A., El-Hefny N.E. Removal of iron from Cr-electroplating solution by extraction with di(2-ethylhexyl)phosphoric acid in kerosene // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification.

- 2010. - T. 49, № 2. - C. 159-164.

17. Kul M., Oskay K.O. Separation and recovery of valuable metals from real mix electroplating wastewater by solvent extraction // Hydrometallurgy. - 2015. - T. 155. - C. 153-160.

18. Bachman R.T., Wiemken D., Tengkiat A.B., Wilichowski M. Feasibility study on the recovery of hexavalent chromium from a simulated electroplating effluent using Alamine 336 and refined palm oil // Separation and Purification Technology. - 2010. - T. 75, № 3. - C. 303-309.

Читайте также: