Construction and industrial safety Construction and industrial safety Строительство и техногенная безопасность 2413-1873 81297 10.29039/2413-1873-2024-32-85-91 Экологическая безопасность Environmental safely Экологическая безопасность THERMODYNAMIC ANALYSIS OF REDOX REACTIONS OCCURRING DURING GALVANOCOAGULATION WASTEWATER TREATMENT ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ СТОКОВ Курилина Т. А. Kurilina T. A. Пазенко Т Я Pazenko T Ya pazenkptat@yandex.ru Курилин С. С. Kurilin S. S. Сибирский федеральный университет Siberian Federal University Сибирский федеральный универитет ru Siberian Federal University ru 04 04 2024 04 04 2024 32 85 91 04 04 2024 https://stroyjurnal-asa.ru/index.php/asa/article/view/240

Аннотация Одной из важнейших проблем экологии является очистка промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов. При решении этой проблемы используются различные методы: химические, физико-химические, сорбционные, но наиболее перспективным методом для очистки промышленных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, а именно меди, никеля и цинка является гальванокоагуляционный метод. Однако в литературе не достаточно освещены процессы цементации тяжелых металлов на катодной загрузке. Физико-химический подход к этому процессу необходим для подтверждения процесса выделения из сточной воды ионов тяжелых металлов в виде осадка и создания новых схем очистки промышленных сточных вод. Существенное значение в гальванокоагуляционном обезвреживании имеет состав загрузки, поэтому с целью определения влияния вида активной загрузки был использован углеродминеральный сорбент (СГН), полученный из руд скрытокристаллического графита (Ногинского месторождения Красноярского края). Исследования проводились в гальванокоагуляционном модуле путем пропускания сточной воды через загрузку, состоящую из смеси железной стружки и гранул углеродминерального сорбента на основе руд скрытокристаллического графита (СГН). Одновременно через загрузку барботировали диспергируемый в нижней части устройства воздух. В результате работы короткозамкнутого гальванического элемента Fe-СГН происходило растворение железного скрапа и его интенсивное окисление до Fe3+ кислородом воздуха. В статье рассмотрен механизм гальванокоагуляционного обезвреживания сточных вод на основе термодинамического анализа окислительно – восстановительных реакций, протекающих при гальванокоагуляционной очистке стоков. Предмет исследования: служили как модельные, так и реальные сточные воды производства гальванических покрытий, содержащие ионы меди, цинка и никеля со следующими концентрациями: =60 мг/дм3; =15 мг/дм3; =20 мг/дм3 Материалы и методы: гальванокоагуляционное обезвреживание с использованием короткозамкнутого гальванического элемента Fe-СГН (углеродминеральный сорбент) Результаты: изучены физико-химические закономерности гальванокоагуляционного процесса очистки сточных вод и определены термодинамические параметры реакций восстановления ионов тяжелых металлов Выводы. Экспериментально установлена возможность интенсифицировать процесс гальванокоагуляции сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов путем применения в качестве катодной загрузки углеродминерального сорбента, что позволяет сократить время обработки при высоком эффекте очистки и образуется труднорастворимый осадок.

Abstract. One of the most important environmental problems is the purification of industrial wastewater from heavy metal ions. Various methods are used to solve this problem: chemical, physico-chemical, sorption, but the most promising method for cleaning industrial wastewater containing heavy metal ions, namely copper, nickel and zinc, is the galvanocoagulation method. However, the literature does not sufficiently cover the processes of cementation of heavy metals on cathode loading. A physico-chemical approach to this process is necessary to confirm the process of separation of heavy metal ions from wastewater in the form of sediment and the creation of new industrial wastewater treatment schemes. The composition of the loading is essential in galvanocoagulation neutralization, therefore, in order to determine the effect of the type of active loading, a carbon mineral sorbent (SGN) obtained from ores of cryptocrystalline graphite (Noginsky deposit of the Krasnoyarsk Territory) was used. The studies were carried out in a galvanocoagulation module by passing wastewater through a loading consisting of a mixture of iron shavings and granules of carbon mineral sorbent based on ores of cryptocrystalline graphite (SGN). At the same time, the air dispersed in the lower part of the device was bubbled through the loading. As a result of the operation of the Fe-SGN short-circuited galvanic cell, iron scrap was dissolved and its intensive oxidation to Fe3+ by air oxygen. The article considers the mechanism of galvanocoagulation neutralization of wastewater based on thermodynamic analysis of redox reactions occurring during galvanocoagulation wastewater treatment. Subject of the study: both model and real wastewater from the production of electroplating coatings containing copper, zinc and nickel ions with the following concentrations were used: =60 mg/dm3; =15 mg/dm3; =20 mg/dm3 Materials and methods: galvanocoagulation neutralization using a short-circuited Fe-SGN galvanic cell (carbon mineral sorbent) Results: the physico-chemical patterns of the galvanocoagulation process of wastewater treatment have been studied and the thermodynamic parameters of heavy metal ion reduction reactions have been determined Conclusions. It has been experimentally established that it is possible to intensify the process of galvanocoagulation of wastewater containing heavy metal ions by using a carbon mineral sorbent as a cathode loading, which reduces the processing time with a high purification effect and a difficult-to-dissolve precipitate is formed.

 гальванокоагуляция сточные воды ионы тяжелых металлов гальванопара galvanocoagulation wastewater heavy metal ions electroplating

Зайцев Е.Д. Интенсификация очистки сточных вод промышленных предприятий методом гальванокоагуляции (аналитический обзор) / Е.Д. Зайцев, А.П. Абраменко, – Семипалатинск 1994г. Zaitsev E.D. Intensification of wastewater treatment of industrial enterprises by galvanocoagulation (analytical review) / E.D. Zaitsev, A.P. Abramenko, – Semipalatinsk 1994. Зайцев Е.Д. Совершенствование метода гальванокоагуляции вредных примесей в сточных водах промышленных предприятий/ Е.Д. Зайцев // журнал Известия ВУЗов сер. «Цветная металлургия», №2 2002г. Zaitsev E.D. Improvement of the method of galvanocoagulation of harmful impurities in wastewater of industrial enterprises/ E.D. Zaitsev // The journal Izvestiya VUZov ser. "Non-ferrous metallurgy", No.2 2002 Халтурина Т.И. Исследование технологического процесса гальванокоагуляции медьсодержащих сточных вод / Т.И. Халтурина, Т.А. Курилина // Журнал Известия ВУЗов, сер. «Строительство», №8 2008г. Khalturina T.I. Investigation of the technological process of galvanocoagulation of copper-containing wastewater / T.I. Khalturina, T.A. Kurilina // Journal Izvestiya VUZov, ser. "Construction", No.8, 2008. Чантурия В.А. Гальванохимические методы очистки техногенных вод. Теория и практика / В.А. Чантурия, П.М. Соложенкин – М.: ИКЦ Академ книга, 2005г., 205с. Chanturia V.A. Galvanochemical methods of purification of technogenic waters. Theory and practice / V.A. Chanturia, P.M. Solozhenkin – M.: ICTS Academy book, 2005, 205c. Тягулова В.Г., Самойлик Е.Н., Диньмухаметова Л.С., Попов В.В. Исследование деструкции органических загрязнителей при комплексной гальванокоагуляционной очистке сточных вод / Научный журнал Фундаментальные исследования 2015 – N 11 (часть 2) С. 327 – 332. Tyagulova V.G., Samoylik E.N., Dinmukhametova L.S., Popov V.V. Investigation of the destruction of organic pollutants in complex galvanocoagulation wastewater treatment / Scientific Journal Fundamental Research 2015 – N 11 (part 2) pp. 327-332. Нещадин С.В. Эколого-химические аспекты гальванокоагуляционного метода очистки производственных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов / Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук // Москва – 2004г. 141 с. Neschadin S.V. Ecological and chemical aspects of the galvanocoagulation method of industrial wastewater treatment containing heavy metal ions / Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences // Moscow – 2004 141 p. Батоева А.А. Очистка сточных вод с использованием эффекта микрогальванопары. Экологически чистые технологические процессы в решении проблем окружающей среды: материалы международн. конфер. / А.А. Батоева, А.А. Рязанцев, Л.В. Тумурова – Иркутск, 18-22 июня 1996г. (рус.) том 2. с. 97-98. Batoeva A.A. Wastewater treatment using the microgalvanopara effect. Environmentally friendly technological processes in solving environmental problems: materials of the International Conference / A.A. Batoeva, A.A. Ryazantsev, L.V. Tumurova – Irkutsk, June 18-22, 1996. (Russian) Volume 2. pp. 97-98. Рязанцев А.А. Анализ уровня технических решений, принимаемых при проектировании водоохранных объектов в Забайкалье. Международный конгресс «Вода: экология и технология (Ecwatech-96)». Тез. докл. (рус.) / А.А. Рязанцев, А.А. Батоева – М., 1996. с. 84-85. Ryazantsev A.A. Analysis of the level of technical solutions taken in the design of water protection facilities in Transbaikalia. International Congress "Water: Ecology and technology (Ecwatech-96)". Tez. dokl. (rus.) / A.A. Ryazantsev, A.A. Batoeva – M., 1996. pp. 84-85. Рязанцев А.А. Механизмы гальванокоагуляционной очистки сточных вод. Докл. II Регион. конференции «Жидкость. Проблемы и решения». / А.А. Рязанцев, А.А. Батоева, В.Б. Батоев, Л.Н. Корсун – Улан-Удэ, 1996. с. 45-51. Ryazantsev A.A. Mechanisms of galvanocoagulation wastewater treatment. Dokl. II Region. the conference "Liquid. Problems and solutions". / A.A. Ryazantsev, A.A. Batoeva, V.B. Batoev, L.N. Korsun – Ulan-Ude, 1996. pp. 45-51. Ульянов В.П. Обезвреживание и очистка сточных вод гальванического производства методом гальванокоагулчции / В.П. Ульянов, В.И. Булавин // Сталь №10 2001г. Ulyanov V.P. Neutralization and wastewater treatment of galvanic production by galvanocoagulation / V.P. Ulyanov, V.I. Bulavin // Steel No. 10 2001 Дикерсон Р. Основные законы химии / Р. Дикерсон, Г. Грей, Дж. Хейт – М:. Мир, 2 т. 1982г. Dickerson R. The basic laws of chemistry / R. Dickerson, G. Gray, J. Haight – M:. Mir, 2 vols., 1982. Кофанова Н.К. Коррозия и защита металлов / Учебное пособие для студентов технических специальностей Министерство образования и науки. Донбасский горно-металургический институт 2003 г. – 181 с. Kofanova N.K. Corrosion and protection of metals / Textbook for students of technical specialties Ministry of Education and Science. Donbass Mining and Metallurgical Institute 2003 – 181 p. Жерин И.И., Амелина Г.Н., Страшко А.Н., Ворошилов Ф.А. Основы электрохимических методов анализа. Часть 1 / Учебное пособие. Издательство Томский политехнический институт 2013 г. 101 с. Zherin I.I., Amelina G.N., Strashko A.N., Voroshilov F.A. Fundamentals of electrochemical methods of analysis. Part 1 / Tutorial. Publishing house Tomsk Polytechnic Institute 2013 101 p. Краткий справочник физико-химических величин /под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономаревой.– Л.: Химия, 1983. A short reference book of physico-chemical quantities / edited by A.A. Ravdel, A.M. Ponomareva. – L.: Chemistry, 1983.