Перспективы разработки методов очистки коллоидных осадков шлам-лигнина ОАО «Байкальского целлюлозного комбината» полимерными электролитами

Я. Н. Голубева; Т. А. Чеботарёва; А. А. Токарева; А. В.  Крылов; П. В. Жеглатый

doi:10.25514/CHS.2023.2.25004

Я. Н. Голубева Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МИРЭА – Российский технологический университет», г. Москва, Россия
Т. А. Чеботарёва Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МИРЭА – Российский технологический университет», г. Москва, Россия
А. А. Токарева Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МИРЭА – Российский технологический университет», г. Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-7917-7698
А. В. Крылов Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МИРЭА – Российский технологический университет», г. Москва, Россия https://orcid.org/0000-0003-1928-2346
П. В. Жеглатый Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МИРЭА – Российский технологический университет», г. Москва, Россия

DOI: https://doi.org/10.25514/CHS.2023.2.25004

Ключевые слова: сточные воды, поверхностно-активные вещества, полиэлектролиты, коагулянты, полидиметилдиаллиламмоний хлорид, коагуляция, флокуляция, надшламовая вода, неорганические соли.

Аннотация

В работе проведен анализ шламовых осадков карт-наполнителей (КН) Байкальского целлюлозного комбината (БЦК) на содержание солей металлов, накопленных как в результате производственной деятельности БЦК, так и сброса зольных отходов теплостанций и бытового мусора. Установлена зависимость содержания солей металлов от концентрации серосодержащих соединений, кислотности среды и содержания солей жесткости. Изучена эффективность взаимодействия полимерных коагулянтов/флокулянтов на основе четвертичных аммониевых соединений (Q⁺X^-) с неорганическими солями металлов состава 1:2 (MeX₂) в широком диапазоне кислотности от сильнощелочных до сильнокислых сред. Показано, что в зависимости от природы металла в кислых хлоридных средах образуются преимущественно двойные соли (Q⁺Cl^-)₂·MeCl₂ или комплексные соединения типа Q⁺₂[MeCl₄]^-2, в случае солей Cd возможно образование комплексных полианионов. В щелочных средах полиэлектролит прочно адсорбируется на поверхности твердых гидроокисей и гидроксихлоридов металлов, что приводит к полимерному эффекту укрупнения размеров частиц по мостиковому механизму. Установленный тип взаимодействия позволяет разработать эффективные методы очистки шламового осадка КН от солей металлов, концентрации которых превышают значения ПДК (Pb, Cd, Ni). с помощью полиэлектролитов на основе четвертичных аммониевых солей.

Литература

Monney I., Buamah R., Donkor E. A., Etuaful R., Nota H. K., & Ijzer H. (2019). Treating waste with waste: the potential of synthesized alum from bauxite waste for treating car wash wastewater for reuse. Environmental Science and Pollution Research, 26(13), 12755–12764. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04730-0.

Chebykin E.P., Dambinov YU.A., & Suturin A.N. (2020). Multi-element analysis of above-sludge waters in the accumulation cells of baykalsk pulp and paper mill for territory remediation strategy choosing. Water and ecology: problems and solutions. 4(84), 67–80. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2020.25.4.67-80.

Bogdanov A.V. (2009) Development of scientific and practical foundations of technologies for complex processing of sediment from sludge storage tanks (Doctoral dissertation). Irkutsk: Irkutsk State Technical University 2009. (in Russ.).

Suturin A. N. (2012). The Baikal ecosystem can be destroyed by man-made waste. Ecology and life, 2, 82–85 (in Russ).

Veit M.T., Novais G.V., Juchen P.T., Palácio S.M., Gonçalves G.C., & Zanette J.C. (2020). Automotive Wash Effluent Treatment Using Combined Process of Coagulation/Flocculation/Sedimentation–Adsorption. Water Air Soil Pollut, 231(10), 494(12). https://doi.org/10.1007/s11270-020-04862-x.

Komarovsky D.P., & Monyak T.M. (2016). Application of aluminum-containing coagulants for water treatment of the Western Dvina river. Bulletin of the Brest State Technical University. Series: Water management construction, thermal power engineering and geoecology, 2, 74–77 (In Russ.).

Novakov I. A., Radchenko F. S., & Papisov I. M. (2003) On the formation of polycomplexes based on polyacrylamide and aluminum salts. High molecular weight compounds. Series A, 45(8), 1340–1344.

Tokareva A.A., Krylov A.V., Bondareva A.M., Chebotareva T.A., & Zheglaty P.V. (2023) Integrated approaches to the treatment of complexly contaminated wastewater. Khimicheskaya bezopasnost’ = Chemical safety science. 7(1), 81–92. https://doi.org/10.25514/CHS.2023.1.24006.

Xin-Hui, Su C., Tow Teng T., Morad N., & Rafatullah M. (2016). Optimisation of the Coagulation-Flocculation of Reactive Dye Wastewater Using Novel Inorganic-Organic Hybrid Polymer. Iranica Journal of Energy and Environment, 7(1), 31−38. https://doi.org/10.5829/IDOSI.IJEE.2016.07.01.05.

Abujazar M., Karaagac S.U., & Bashir M. (2022). Recent advancement in the application of hybrid coagulants in coagulation-flocculation of wastewater: A review. Journal of Cleaner Production, 345, 131133. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131133.

Shevchenko V.S., & Zakharov V.R. (2002). The experience of using flocculant VPK-402 in the practice of water treatment at water treatment plants. Omsk Scientific Bulletin. 18, 70−71. (in Russ.).

Brandt M.J., Johnson K. M., Elphinston A.J., & Ratnayaka D.D. (2017). Chapter 8 - Storage, Clarification and Chemical Treatment. Twort's Water Supply (Seventh Edition), 323−366. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100025-0.00008-9.

Tian B., Ge X., Pan G., Fan B., & Zhaokun L. (2006). Adsorption and flocculation behaviors of polydiallyldimethylammonium (PDADMA) salts: influence of counterion. International Journal of Mineral Processing, 79, 209−216. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2005.11.012.

Jianfeng Y., Dongsheng W., Mingquan Y., Changqing Y., Min Y., & Xiaopeng G. (2007). Optimized Coagulation of High Alkalinity, Low Temperature and Particle Water: pH Adjustment and Polyelectrolytes as Coagulant Aids. Environmental Monitoring and Assessment, 131, 377–386. https://doi.org/10.1007/s10661-006-9483-3.

Mihai M., Dragan E. S., Schwar S., & Janke A. (2007). Dependency of Particle Sizes and Colloidal Stability of Polyelectrolyte Complex Dispersions on Polyanion Structure and Preparation Mode Investigated by Dynamic Light Scattering and Atomic Force Microscopy. Journal of Physical Chemistry B, 111, 8668−8675. https://doi.org/10.1021/jp071655q.

Kudaibergenov S.E., Tatykhanova G.S., Arinov B. Zh., Kozhakhmetov S.K., & Aseyev V.O. (2008). Hybrid inorganic-organic nano- and microcomposites based on silica sols and synthetic polyelectrolytes. Polymer Letters, 2(2), 101–110. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2008.14.

Beltrán-Heredia J., & Sánchez-Martín J. (2009). Municipal wastewater treatment by modified tannin flocculant agent. Desalination, 249(1), 353–358. https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.01.039.

Buchhammer Heide-Marie, Petzold G., & Lunkwitz K. (1999) Salt Effect on Formation and Properties of Interpolyelectrolyte Complexes and Their Interactions with Silica Particles. Langmuir, 15, 4306–4310. . https://doi.org/10.1021/la980992a.

Greenwood, N.N. & Earnshaw, A. (1984). Chemistry of elements. N.Y.: Pergamon Press.

Gusev I.M., Skripkin M.Yu., Spektor K., & Starova G.L. (2011) Solution-equilibrium of the solid phase in MgBr2-NR4Br-H2O systems at 25°C (R = Me, Et, Bu ) Journal of General Chemistry, 81(4), 623–627.https://doi.org/10.1134/S1070363211040013.

Gusev I.M., & Skripkin M.Yu. (2011) Formation of complex and double salts in MX2-NR4X-H2O systems [M = Cd(II), Cu(II), Co(II), Mg(II) ; X = Cl, Br; R = Me, Et, Bu] at 25°C. Russian Journal of Applied Chemistry, 84(1), 25–35.https://doi.org/10.1134/S1070427211010046.

Gusev I.M., Skripkin M.Yu., & Burkov K. (2010) Solution-solid phase equilibrium in the systems MBr2NR4 BrH2O (M = Cd, Cu, Co; R = Me, Et, Bu) at 25°C . Russian Journal of General Chemistry, 80(8), 1563–1567 https://doi.org/10.1134/S1070363210080049.

Kustov, A.V. (2014). Hydrophobic effects: Structural, thermodynamic, applied aspects. Achievements of recent years. M.: KRASAND(in Russ.).

Hlela F., Rheima A., Guerfelb T., & Guidaraa K. (2006) Synthesis, Calorimetric Study, Infrared Spectroscopy and Crystal Structure Investigation of β-[Tetraethyl-ammonium Tetramethylammonium Tetrachlorozincate(II)] [β]-[(C2H5) 4N][(CH3)4N]ZnCl4. Z. Naturforsch. 61b, 1002–1006. https://doi.org/10.1515/znb-2006-0812

Zolotov, Yu.A., Iofa, B.Z. & Chuchatin, L.K. (1973) Extraction of halide complex metals. M.: Science (in Russ.).

Filippova, N.A. (1975). Phase analysis of ores and products of their processing. M.: Chemistry (in Russ.).

Tripathi U. P. (1972) Synthesis and structural study of some new alkylammonium tetrachlorometallates (II) (Ph.D. dissertation). Montana State University.

Baes C.F., & Mesmer R.E. (1976). The hydrolysis of Cations. New York: Wiley. P. 89.

Richens, D. T. (1997) The Chemistry of Aqua Ions: Synthesis, Structure and Reactivity: A Tour Through the Periodic Table of the Elements. Wiley. P. 68.

Pesterfield, L.L. & Schweitzer, G.K. (2010) The Aqueous Chemistry of the Elements. Oxford University Press. P. 146. https://doi.org/10.1093/oso/9780195393354.001.0001