Реагентний метод утилізації хромовмісних стоків
З'єднання шестивалентного хрому широко використовуються у сучасній промисловості. У металургії вони застосовуються виготовлення ферохромових сплавів і легування сталей, у шкіряному виробництві - як дубителів, в органічному синтезі як окислювачі, у виробництві антикорозійних фарб як пігменти. Однак найважливішою сферою застосування сполук шестивалентного хрому залишаються гальванічні виробництва, а саме процеси хромування, хроматування цинкових і кадмієвих покриттів, хімічного оксидування алюмінію, електрохімічного полірування, хімічного травлення та пасивації різних металів і сплавів, травлення пластиків перед металізацією. Все це неминуче призводить до великої кількості хромовмісних водних стоків, що утворюються.
Всі сполуки Cr(VI) загальнотоксичні та канцерогенні. У повітрі ГДК за хромом (VI) у перерахунку на CrO3 становить від 0.01 до 5 мг/м 3 залежно від речовини, що містить хром. У питній воді ГДК СанПіН 2.1.4.1074 - 01 [4] для Cr(VI) дорівнює 0.05 мг/л, для Cr(III) - 0.5 мг/л. Лімітуючий показник шкідливості для хрому – санітарно-токсикологічний, клас небезпеки – 3. У водопровідній воді (в окисних умовах) і особливо при обробці води такими реагентами як хлор та озон порівняно малотоксичний тривалентний хром переходить у більш токсичний шестивалентний.
Для очищення водних розчинів від хрому (VI) використовують велику кількість методів, в основі яких лежать різні фізико-хімічні процеси. Методи поділяються на реагентний, електрокоагуляційний, гальванокоагуляційний, іонообмінний, електрофлотаційний, електродіалізний, зворотноосмотичний та ультрафільтраційний, рідинної екстракції, дозованого випарювання, біологічний та ін.
Відомо, що реагентний методнейтралізації хромовмісних стоків полягає в переведенні хрому в тривалентний стан та осадженні його у вигляді нерозчинного продукту. Метод порівняно простий у реалізації і працює у великому діапазоні параметрів стоків (якісний та кількісний склад, рН і т.д.), що в умовах реального виробництва дуже зручно, тому що на більшості вітчизняних гальванопроизводств немає поділу стоків від різних процесів на кшталт іонів -забруднювачів.
Різні види реагентного методу поділяються згідно з реагентом-відновником хрому (VI), у той час як для осадження гідроксиду хрому використовується стандартний набір реактивів (каустична сода, гідроксид натрію тощо). Для відновлення шестивалентного хрому в стоках запропоновані різні реагенти, як неорганічній (сірчистий газ, сульфід, сульфіт, бісульфіт і тіосульфат натрію, металеві залізо та алюміній, суміш алюмінію із залізом, солі двовалентного заліза, піритний огарок, перекис водню, відпрацювання тощо), так і органічної природи (гідразин, гідроксиламін, клітковина деревини, рослинні відходи, продукти життєдіяльності тварин тощо).
Найбільш поширеними реагентами-відновниками є сульфіт, бісульфіт та дитіонат натрію. Реакція з цими відновниками йде із достатньою швидкістю в кислому середовищі при рН = 2.0-2.5. Коригування рН проводиться введенням у розчин 10-15% сірчаної чи іншої мінеральної кислоти. Іншим поширеним відновником є сульфат заліза (ІІ). Перевага цього відновника полягає в тому, що реакція йде з високою швидкістю не тільки в кислому, а й у нейтральному та лужному середовищі.
Осадження гідроксиду хрому(III) може здійснюватися гідроксидами, карбонатами, фосфатами, аз відпрацьованих розчинів знежирення гідразином та гідроксиламіном. При цьому утворюється велика кількість шламу, причому при використанні солей заліза як відновник кількість шламу в 4 рази вище, ніж при використанні солей сірчистої кислоти.
Залишкові концентрації хрому в розчині при переведенні його в гідроксид становлять 0.1-0.05 мг/л при рН = 8.5-9.0. Однак наявність великої кількості сульфатів перешкоджає осадженню гідроксиду хрому(III) через утворення комплексних форм сульфатів металу. Гідроксид хрому також може утворювати розчинні хроміти навіть при локальному передозуванні реагентів-осадників за реакцією:
Тому досягнення ГДК по хрому при реагентному методі утилізації стоків, що містять хром, часто утруднено.
Підкреслимо ще раз, що в реагентному методі присутні дві стадії очищення - відновлення хрому до Cr(III) і осадження його у вигляді гідроксиду, а реагенти, що застосовуються, є сировиною, що спеціально закуповується для очищення стоків. Ці факти свідчать, що для підприємства реагентний метод потребує значних витрат на утилізацію стоків та захоронення її продуктів.