INVESTIGATION OF PHOSPHATE REMOVAL MECHANISM BY ELECTRIC ARC FURNACE SLAG

УДК 628.316:54:544.72

  • Сапон Егор Геннадьевич – ассистент кафедры промышленной экологии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: sapon@belstu.by

Ключевые слова: электросталеплавильный шлак, механизм сорбции, фосфаты, потенциал удаления фосфатов.

Для цитирования: Сапон, Е. Г. Исследование механизма удаления фосфатов электросталеплавильным шлаком / Е. Г. Сапон // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. - Минск : БГТУ, 2020. - № 1. – С. 249-257.

Аннотация

Одним из эффективных методов очистки сточных вод от фосфатов является применение сорбционных материалов. Целью работы было оценить вклад хемосорбции и реакций с участием ионов металлов, переходящих в воду при ее контакте с сорбционным материалом, в качестве которого использовался электросталеплавильный шлак (ЭШ), в механизм удаления фосфатов.

Установлено, что основным путем удаления фосфатов ЭШ является их связывание в виде труднорастворимых соединений на основе кальция. В результате гидролиза соединений кальция с поверхности шлака в жидкой фазе образуется гидроксид кальция, связывающий фосфаты в осадок, частицы которого могут задерживаться в фильтрующей загрузке на основе ЭШ.

Определены знак поверхностного заряда и размер частиц малорастворимых фосфатов кальция, формирующихся в процессе очистки. Показано, что дзета-потенциал и размер частиц зависят от исходной концентрации фосфатов. Рост концентрации фосфатов в диапазоне 2–8 мгР/дм3 приводит к увеличению размеров частиц от 0,94 до 4,06 мкм, а также к увеличению их дзетапотенциала от 3,5 мВ до 11,8 мВ, при этом знак поверхностного заряда – отрицательный.

Для ЭШ фракцией 5–10 мм определено предельное количество кальция, который может переходить в раствор с единицы массы шлака, – 23,4 мг/г, что составляет 13% от его общего содержания, на основе которого рассчитана предельная емкость ЭШ по фосфору, составляющая 20 мгР/г.

Скачать

Список литературы

  1. Глобальная экологическая перспектива 5 (GEO-5): пятый доклад Программы ООН по окружающей среде. ЮНЕП. 2012. 572 с. URL: www.unepcom.ru (дата обращения: 12.11.2019).
  2. Filter materials for phosphorus removal from wastewater in treatment wetlands / C. Vohla [et al.] // Ecological Engineering. 2011. Vol. 37, no. 1. P. 70–89.
  3. Johansson Westholm L. Substrates for phosphorus removal ‒ potential benefits for on-site wastewater treatment? // Water Res. 2006. Vol. 40, no. 1. P. 23–36.
  4. Cucarella V., Renman G. Phosphorus sorption capacity of filter materials used for on-site wastewater treatment determined in batch experiments. A comparative study // Journal of Environmental Quality. 2009. Vol. 38, no. 2. P. 381–392.
  5. Bird S. C., Drizo A. Investigations on phosphorus recovery and reuse as soil amendment from electric arc furnace slag filters // J. Environ. Sci. and Health Part A. 2009. Vol. 44, no. 13. P. 1476–1483.
  6. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС, 2003. 512 с.
  7. Leader J. W., Reddy K. R., Wilkie A. C. Optimization of low-cost phosphorus removal from wastewater using co-treatments with constructed wetlands // Water Science & Technology. 2005. Vol. 51, no. 9. P. 283–290.
  8. Сапон Е. Г., Марцуль В. Н. Использование электросталеплавильного шлака в качестве сорбента для очистки сточных вод от фосфатов // Природные ресурсы: межведомств. науч.-практ. бюл. 2015. № 1. С. 117–123.
  9. New evidence for rejuvenation of phosphorus retention capacity in EAF steel slag / Drizo A. [et al.] // Environmental science & technology. 2008. Vol. 42, no. 16. Р. 6191–6197.
  10. Phosphorus removal mechanisms in active slag filters treating waste stabilization pond effluent / Pratt C. [et al.] // Environmental science & technology. 2007. Vol. 41, no. 9. Р. 3296–3301.
  11. Панковец А. И., Мироевский С. В. Утилизация электросталеплавильных шлаков // Литьё и металлургия. 2013. № 1 (69). С. 26–27.
  12. Phosphorus Saturation Potential: A Parameter for Estimating the Longevity of Constructed Wetland Systems / A. Drizo [et al.] // Environmental Science and Technology. 2002. Vol. 36, no. 21. P. 4642–4648.
  13. Drizo A., Picard H. System for removing phosphorus from wastewater. Patent US 8721885, 2014.
  14. Claveau-Mallet D., Wallace S., Comeau Yv. Steel Slag Filtration for Extensive Treatment of Mining Wastewater // Proceedings of the Water Environment Federation. 2011. Vol. 18. P. 188–201.
  15. Свергузова С. В., Василенко Т. А. Очистка сточных вод от фосфатов с помощью шлаков Оскольского электрометаллургического комбината // Наука производству. 2001. Т. 41, № 3. С. 38–40.
  16. Phosphate removal from synthetic and real wastewater using steel slags produced in Europe / Barca C. [et al.] // Water research. 2012. Vol. 46, no. 7. P. 2376–2384.
  17. Сапон Е. Г., Марцуль В. Н. Исследование очистки сточных вод от фосфатов материалами, полученными из природного сырья и отходов // Труды БГТУ. 2015. № 3: Химия и технология неорган. в-в. С. 20–28.
  18. Freeman J. S., Rowell D. L. The adsorption and precipitation of phosphate onto calcite // Journal of Soil Science. 1981. Vol. 32, no. 1. P. 75–84.
  19. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater / Eugene W. Rice [et al.]. Washington, DC, 2012. 1445 p.
  20. Дубровин В. К., Заславская О. М., Чесноков А. А. Механизм гидратации кристаллогидратных формовочных смесей на основе силикатов кальция // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2010. Т. 189, № 13. С. 59−63.
  21. Evaluation of the role of inherent Ca2+ in phosphorus removal from wastewater system / C. Han [et al.] // Water Science and Technology. 2016. Vol. 73, no. 7. P. 1644–1651.
  22. Modeling phosphate transport and removal in a compact bed filled with a mineral-based sorbent for domestic wastewater treatment // I. Herrmann [et al.] // Journal of contaminant hydrology. 2013. Vol. 154, no. 11. P. 70‒77.
  23. Савостин А. В., Шурай П. Е., Пильников А. Ф. Исследование электрокинетических свойств известкового молока // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2008. № 5−6 (305‒306). С. 38−41.
  24. Определение дзета-потенциала систем на основе Fe(II), Fe(III), Al(III), SO4 2–, Cl− −H2O−OH− и оценка его влияния на процесс коагуляции / И. Д. Сорокина [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, № 7. С. 43–45.
  25. Журба М. Г., Нежлукченко В. М. Адгезионные процессы и формирование осадка в зернистых слоях загрузки контактных фильтров // Химия и технология воды. 2008. Т. 30, № 4. С. 444‒459.
  26. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1988. 464 с.
Поступила 20.12.2019