Эффективность удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод промышленной электрополировки с использованием природных материалов

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17766 (2022 г.) Цитировать эту статью

1782 Доступа

4 цитаты

10 Альтметрика

Подробности о метриках

Тяжелые металлы присутствуют в сточных водах промышленных предприятий, создавая угрозу для окружающей среды, включая ресурсы поверхностных и подземных вод. Учитывая это, растет интерес к поиску альтернативных, но эффективных методов удаления ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод. Сорбция является одним из широко применяемых методов благодаря простоте, высокой эффективности, образованию небольших количеств ила, низким инвестициям и осуществимости процесса в широком диапазоне pH и температуры. В данной работе рассматривается очистка промышленных сточных вод от электрополировки нержавеющей стали, содержащих высокие концентрации ионов металлов Fe(III), Cr(III), Ni(II) и Cu(II). Учитывая эффективность, доступность и применимость биосорбентов для кислых сточных вод, для исследования были выбраны апельсиновые корки, водоросли, Eclipta alba и яичная скорлупа. Сорбционные испытания были проведены для Eclipta alba, и полученные результаты показали наилучшее соответствие кинетической модели второго порядка (R2 > 0,99) и модели изотермы Ленгмюра (R2 > 0,99). Максимальная адсорбционная емкость для смеси ионов металлов составила 17,92 мг/г. Установлена ​​возможность использования сушеной и кальцинированной яичной скорлупы. Оба материала достигли высокой степени удаления - более 95%. Сначала из раствора удаляются железо и хром (около 100% и 90% соответственно), затем ионы никеля и меди. FT-IR и SEM с измерениями EDS, используемыми для характеристики материалов, вместе с лабораторными испытаниями с использованием реальных промышленных сточных вод позволили определить механизм их действия. Удельную площадь поверхности определяли для всех тестируемых материалов, и ее значения составляли: 1,63, 0,15 и 5,15 м2/г для Eclipta alba, сухой яичной скорлупы и кальцинированной яичной скорлупы соответственно. Результаты дают основания для оптимизма в применении выбранных материалов для очистки промышленных сточных вод.

Загрязнение тяжелыми металлами стало серьезной экологической проблемой, которая в последние годы привлекает все большее внимание. Ионы тяжелых металлов относятся к числу наиболее нежелательных загрязнителей1,2. Во многих отраслях промышленности образуются сточные воды, загрязненные ионами металлов3,4,5,6,7,8,9, которые в чрезмерных количествах могут нанести серьезный ущерб окружающей среде. Одним из примеров является гальваническая промышленность, которая сбрасывает сточные воды в основном при производстве и обработке металлических изделий. Одним из методов обработки нержавеющих сталей является электрополировка10,11,12,13,14. Этот процесс предназначен для изменения свойств поверхности объекта с целью улучшения его эстетической ценности путем сглаживания и придания поверхности блеска и одновременного повышения ее коррозионной стойкости12,15,16,17,18,19. Этот метод имеет множество применений, включая пищевую, автомобильную и медицинскую промышленность20,21,22. Типичные гальванические предприятия производят большое количество сточных вод, образующихся во время промывки заготовок. Эти сточные воды содержат большое количество ионов металлов, качество которых значительно превышает пределы качества промышленных сточных вод, и поэтому их необходимо очищать на местных очистных сооружениях перед сбросом в канализационную систему из-за их высокой токсичности23.

Наиболее часто используемые методы удаления токсичных ионов металлов из загрязненных вод и сточных вод включают химическое осаждение, мембранную фильтрацию, электрокоагуляцию, сорбцию, ионный обмен и т.д.24,25,26. Химическое осаждение – это процесс образования нерастворимых металлических отложений путем реакции осаждающего агента, часто гидроксидов, с растворенными ионами металлов27. Этот метод в настоящее время является наиболее широко используемым методом очистки в гальванической промышленности, где доведение pH до щелочной реакции используется для максимального осаждения металлов в виде гидроксидов в сточных водах. Использование гидроксидов в процессе осаждения является предпочтительным из-за доступности и дешевизны осадителей в большинстве стран. Образовавшиеся осадки металлов извлекаются с помощью процессов разделения твердых веществ, таких как, среди прочего, коагуляция и/или седиментация или фильтрация, и металлы могут быть экстрагированы28,29,30,31. Преимуществами этого метода являются, главным образом, его простота и низкая стоимость, а к недостаткам относятся медленное осаждение металлов, образование избыточного осадка, требующего дальнейшей обработки, а также долгосрочное воздействие на окружающую среду, связанное с утилизацией осадка32.