Некоторые аспекты очистки сточных вод от красителей

Для окрашивания целлюлозных (хлопок, лен, вискоза, ацетат), белковых (шелк), полушерстяных и некоторых синтетических материалов наибольшее распространение получили прямые, активные и кубовые красители на локальных очистных сооружениях.

Прямые красители являются натриевыми солями сульфокислот различных органических соединений, способные непосредственно окрашивать растительные волокна (хлопок) из нейтрального раствора, не образуя, по видимому, химических соединений с волокном. Крашение прямыми красителями производится в присутствии электролитов (как правило, NaCl), повышающие адсорбцию их волокном.

Прямые красители имеют широкую гамму цветов, невысокую стоимость и используются довольно широко, однако прочность их к свету и мокрым обработкам невелика.

Молекулы прямых красителей в основном капланарны (расположение атомов в молекулах в одной плоскости) содержат достаточно большую цепь сопряженных двойных связей - электронов, имеют электродонорные амино- и оксигруппы ауксохромов (- ОН, - NН2, и др.).

Активные красители содержат реакционно-способные (активные) атомы или группы атомов, которые обеспечивают химическое взаимодействие красителя с гидроксильными группами целлюлозных волокон и аминогруппами белковых и полиамидных волокон. Водорастворимость этих красителей обуславливается наличием сульфогруппы или карбоксильной группы.

В общем виде краситель можно представить следующим образом:

Cl - Кр - SO3Na, где активной группой выступает хлор

С целлюлозными волокнами процесс крашения идет по схеме:

B - O H + Cl - Кр - SO3Na > В — О — КрSO3Na + HCl

С белковыми и полиамидными волокнами процесс крашения идет по схеме:

B - NH H + Cl - Кр - SO3Na > В — NH — КрSO3Na + HCl

Крашение активными красителями проводят в присутствии кальцинированной соды и повышенного содержания электролита (NaCl до 60 г/л). После крашения активными красителями проводится тщательная промывка горячей водой с применением моющих средств.

Кубовые красители содержат в себе карбонильные группы = СО и представляют собой нерастворимые в воде окрашенные пигменты, способные восстанавливаться (например, гидросульфитом Na2S2O4) с образованием производных - бесцветных лейкосоединений, растворимых в щелочных растворах, и обладающих сродством (адсорбцией) к целлюлозным волокнам. После окисления лейкосоединения (например, кислородом воздуха) в порах волокна опять образуются исходные нерастворимые красители. Реакция проходит по следующей схеме:

2Кр = СО + Na2S2O4 + Н2О > 2Кр = СОН + 2 NaНSO3,

образующееся соединение Кр = СОН является слабой кислотой (лейкокислотой), которая реагирует с щелочью с образование натровой соли:

Кр = СОН + NaОН > Кр = СОNa + Н2О.

Лейкосоединения, как было показано выше, под действием окислителя (кислорода воздуха, перекиси водорода и т.п.) снова переходят в нерастворимое и окрашенное состояние: 2Кр = СОNa + Н2О2 > 2Кр = СО + 2 NaОН, закрепившись при этом в волокнах окрашиваемого материала.

Примечание: в прошлом кубом назывался сосуд, в котором производили восстановление, растворение и крашение волокна красителем – индиго!

Индиго – кубовый краситель ярко - синего цвета, традиционно применяемый для крашения джинсовой (хлопчатобумажной) ткани.

Первоначально индиго представляло собой древнейший натуральный органический краситель, получаемый из тропических растений рода Indigofera, а также других индигоносов, произрастающих в более северных широтах. Однако с конца 19-го века синтетическим путем был получен более качественный, дешевый и чистый искусственный краситель – полный аналог натурального индиго. Кубовый синтетический индиго в промышленности получают окислением кислородом воздуха водного раствора индоксила – калиевой соли N - фенилглицина, сплавленной со смесью КОН, NаОН, и NaNH2. (N - фенилглицин, - N - фениламиноуксусная кислота, получаемая из анилина и хлоруксусной кислоты).

В щелочной среде индиго легко восстанавливается, с образованием бесцветного лейкосоединения, - так называемого белое индиго.

В кислой среде белое индиго легко окисляется в ярко-синее индиго.

Реакция происходит следующим образом:

Реакция Индиго - Белое индиго

Следует отметить, что в гальванокоагуляторах, наряду с вышеперечисленными физико-химическими процессами, за счет действия электрического тока в растворе, создаваемого гальванопарой железо-кокс, происходит электрохимическая деструкция органических соединений, а также частично микробиологическая очистка промышленных сточных вод.

Реакции электрохимического окисления и восстановления органических веществ включают в себя широкий круг процессов – от простейшей ионной перезарядки до сложных превращений, лежащих в основе органического синтеза, и эти реакции во многом аналогичны.

Дополнительными к электрохимической деструкции в процессе гальванокоагуляционной очистки промышленных сточных вод механизмами извлечения органических загрязнений из растворов сточных вод является сорбция органических и других примесей на свежеобразованном осадке пульпы гальванокоагулятора.

При проведении СКО НИЦ ПУРО научно-исследовательских и опытно-промышленных работ также было выявлено:

  • что извлечение поверхностно-активных веществ (ПАВ) из растворов основано на реакциях комплексообразования между катионами железа и анионами ПАВ при рН => 7. Повышение рН среды приводит к увеличению степени извлечения ПАВ. Величина сорбции ПАВ значительно возрастает при наличии в системе очищаемого раствора минеральных солей и флокулянтов;
  • применение железистой пульпы-реагента гальванокоагуляции эффективно для очистки промышленных сточных вод от красителей. Удаление красителей из сточных вод достаточно эффективно происходит за счет сорбции кристаллами сорбционных форм железа и лепидокрокита высокодисперсных нерастворимых частичек или крупных ассоциированных агрегатов красителей.

Результаты экспериментальных работ по очистке сточных вод
ООО «Глория – Джинс» от красителя «Индиго»

Наименование и концентрация загрязнений, мг/л Исходная Слив с отст. №1 (после коагулятора Fe:С) После механической фильтрации и сорбции
рН 7,8 7,8 7,8
Прозрачность, см. 0 16 30
Взвешенные вещества 700 87 4,8
ХПК, мг О2/л, в т.ч.: 900 73 22
Органические красители 130,0 0 0
Cu2+ и Cr6+ 0,094 0 0
Хлориды 900 880 880