Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

Е. Н. Кузин, доцент кафедры промышленной экологии, канд. техн. наук, эл. почта: kuzin.e.n.@muctr.ru

Очистка сточных вод от тяжелых металлов — сложная и актуальная задача. Процессы электрохимического нанесения покрытий, несомненно, являются основным источником поступления соединений тяжелых металлов в сточные воды. Вторым крупным источником поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются процессы добычи и переработки различных руд. В рамках проделанной работы проведена оценка возможности интенсификации процессов очистки сточных вод от соединений меди с использованием традиционных и титансодержащих реагентов. В качестве образцов исследования были выбраны сточные воды гальванических производств, содержащие комплексные соединения меди, промывные воды, прошедшие стадию нейтрализации и осаждения, а также шахтные воды. Установлено, что применение чистых солей титана (титанилсульфата) позволяет добиться минимальной остаточной концентрации соединений меди для всех исследуемых образцов сточных вод, однако их крайне высокая стоимость делает данный процесс экономически нецелесообразным. Комплексные титансодержащие реагенты, полученные модификацией сульфата алюминия с добавкой соединений титана, позволили значительно увеличить эффективность базового реагента и почти на 30 % снизить остаточную концентрацию меди в сточных водах. Железосодержащий коагулянт был не эффективен в рамках поставленной задачи. С учетом минимального количества добавки соединений титана (5–10 % (мас.)) стоимость комплексных титансодержащих реагентов незначительно превышает стоимость чистого сульфата алюминия, при этом пониженная остаточная концентрация меди позволит значительно уменьшить размер штрафных санкций со стороны контролирующих органов за сверхлимитный сброс загрязняющих веществ в городской коллектор. Отмечено, что применение комплексных титансодержащих коагулянтов также позволяет существенно повысить эффективность удаления взвешенных веществ и в значительной мере интенсифицировать скорость седиментации коагуляционных шламов, что, в свою очередь, позволит сократить габариты очистных сооружений или повысить их производительность.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой промышленной экологии Наталии Евгеньевне Кручининой.
Измерения выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева.

1. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Глобус, 2002. — 352 с.
2. Аверина Ю. М., Калякина Г. Е., Меньшиков В. В., Капустин Ю. И., Болдырев В. С. Проектирование процессов нейтрализации хромо- и циансодержащих сточных вод на примере гальванического производства // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия «Естественные науки». 2019. № 3. С. 70–80. DOI: 10.18698/1812-3368-2019-3-70-80.
3. Kolesnikov A. V., Pyae A., Davydkova T. V., Kolesnikov V. A. Establishment of regularities of electroflotation extraction of nonferrous metal (Cu, Ni, Zn, Co, Fe) hydroxides from wastewater of various compositions in the presence of industrial surfactants // Nonferrous Metals. 2021. No. 1. P. 3–9. DOI: 10.17580/nfm.2021.01.01.
4. Kolesnikov A. V., Meshalkin V. P., Davydkova T. V., Kolesnikov V. A. Scientific and technological foundations of improvement of the resource efficiency of electroflotation recovery of poorly soluble inorganic compounds (oxides, carbides, hydroxides) from aqueous electrolyte solutions // Doklady Physical Chemistry. 2020. Vol. 494, No. 1. P. 55–61. DOI: 10.1134/S001250162009002X.
5. Bai D., Ying Q., Wang N., Lin J. Copper removal from electroplating wastewater by coprecipitation of copper-based supramolecular materials: preparation and application study // Journal of Chemistry. 2016. Vol. 2016. 5281561. P. 1–7. DOI: 10.1016/S1383-5866(02)00162-4.
6. Adhoum N., Monser L., Bellakhal N., Belgaied J. E. Treatment of electroplating wastewater containing Cu2+, Zn²⁺ and Cr(VI) by electrocoagulation // Journal of Hazardous Materials. 2004. Vol. 112, Iss. 3. P. 207–213. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2004.04.018.
7. Celebi H. Use of bioballs as an adsorbent for the removal of copper // Journal of the Chemical Society of Pakistan. 2021. Vol. 43, No. 2. P. 114–123.
8. Bashir A., Malik L. A., Ahad S., Manzoor T., Bhat M. A. et al. Removal of heavy metal ions from aqueous system by ionexchange and biosorption methods // Environ. Chem. Lett. 2019. Vol. 17. P. 729–754. DOI: 10.1080/25765299.2020.1756177.
9. Shahrokhi-Shahraki R., Benally C., El-Din M. G., Park J. High efficiency removal of heavy metals using tire-derived activated carbon vs commercial activated carbon: Insights into the adsorption mechanisms // Chemosphere. 2021. Vol. 264. Part 1. No. 128455. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.128455.
10. Huang Y., Wu D., Wang X., Huang W., Lawless D. et al. Removal of heavy metals from water using polyvinylamine by polymerenhanced ultrafiltration and flocculation // Sep. Purif. Technol. 2016. Vol. 158. P. 124–136. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.12.008.
11. Caprarescu S., Purcar V., Vaireanu D.-I. Separation of Copper Ions from Synthetically Prepared Electroplating Wastewater at Different Operating Conditions using Electrodialysis // Separation Science and Technology. 2012. Vol. 47, No. 16. P. 2273–2280. DOI: 10.1080/01496395.2012.669444.
12. Гетманцев С. В., Нечаев И. А., Гандурина Л. В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. — М. : АСВ, 2008. — 271 с.
13. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Получение отвержденных форм алюмокремниевого коагулянта и их использование в процессах водоочистки и водоподготовки // Цветные металлы. 2016. № 10. С. 8–13. DOI: 10.17580/tsm.2016.10.01.
14. Gan Y., Li J., Zhang L., Wu B., Huang W. et al. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives // Chemical Engineering Journal. 2020. Vol. 406, No. 126837. DOI: 10.1016/j.cej.2020.126837.
15. Maciej T., Bąk J., Królikowska J. Efficiency of titanium salts as alternative coagulants in water and wastewater treatment: Short review // Desalination and Water Treatment. 2020. Vol. 208. P. 261–272. DOI: 10.5004/dwt.2020.26689.
16. Xu J., Zhao Y., Gao B., Zhao Q. Enhanced algae removal by Ti-based coagulant: comparison with conventional Al- and Fe-based coagulants // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25, No. 13. P. 13147–13158. DOI: 10.1007/s11356-018-1482-8.
17. Zhao Y. X., Phuntsho S., Gao B. Y., Yang Y. Z., Kim J. H. et al. Comparison of a novel polytitanium chloride coagulant with polyaluminium chloride: Coagulation performance and floc characteristics // Journal of Environ. Management. 2015. Vol. 147. P. 194–202. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.09.023.
18. Galloux J., Chekli L., Phuntsho S., Tijing L. D., Jeong S. et al. Coagulation performance and floc characteristics of polytitanium tetrachloride and titanium tetrachloride compared with ferric chloride for coal mining wastewater treatment // Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 152. P. 94–100. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.08.009.
19. Sun Y. K., Zhou G. M., Xiong X. M., Guan X. H., Li L. N. et al. Enhanced arsenite removal from water by Ti(SO₄)₂ coagulation // Water Research. 2013. Vol. 47, Iss. 13. P. 4340–4348. DOI: 10.1016/j.watres.2013.05.028.
20. Chernoberezhskii Y. M., Mineev D. Y., Dyagileva A. B., Lorentsson A. V., Belova Y. V. Recovery of kraft lignin from aqueous solutions with oxotitanium sulfate, aluminum sulfate, and their mixture // Russ. Journal of Appl. Chem. 2002. Vol. 75. P. 1096–1699. DOI: 10.1023/A:1022252423563.
21. Shon H., Vigneswaran S., Kandasamy J., Zareie M., Kim J. et al. Preparation and characterization of titanium dioxide (TiO₂) from sludge produced by TiCl₄ flocculation with FeCl₃, Al₂(SO₄)₃ and Ca(OH)₂ coagulant aids in wastewater // Sep. Sci. Technol. 2009. Vol. 44. P. 1525–1543. DOI: 10.1080/01496390902775810.
22. Kuzin E. N., Zaitseva M. P., Kruchinina N. E. Features of the application of titanium-containing coagulants in water treatment processes // Chemistry for Sustainable Development. 2022. Vol. 30, No. 2. P. 162–168. DOI: 10.15372/KhUR2022370.
23. Wang T.-H., Navarrete-López A. M., Li S., Dixon D. A., Gole J. L. Hydrolysis of TiCl4: Initial steps in the production of TiO₂ // J. Phys. Chem. A. 2010. Vol. 114, No. 28. P. 7561–7570. DOI: 10.1021/jp102020h.
24. Шабанова Н. А., Попов В. В., Саркисов П. Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов : учеб. пособие. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2007. — 309 с.
25. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. — М. : [б/и], 2005. — 576 с.