Комплексное исследование пакетной электроосаждения для очистки реальных сточных вод текстильных красильных производств

Почему важно очищать окрашенную воду

От одежды, которую мы носим, до продуктов, которые мы покупаем, красители вокруг нас повсюду. Но производство этих ярких оттенков часто оставляет после себя сточные воды с такой высокой степенью загрязнения и насыщенным цветом, что солнечный свет едва проходит сквозь них, нанося вред рекам, озёрам и живым организмам в них. В этом исследовании рассматривается перспективный «включи и работай» подход к очистке реальных красильных сточных вод с фабрики с применением электричества вместо больших доз добавляемых химикатов, с целью более экологичного и простого способа вернуть мутную промышленную воду в состояние, безопасное для выпуска в окружающую среду.

Новый способ «зажечь» чистую воду

Исследователи сосредоточились на методе обработки, называемом электроосаждением, который использует электрический ток и металлические пластины для удаления загрязнений из воды. Вместо традиционной конструкции с отдельными пластинами внутри резервуара они создали новый лабораторный реактор, где металлический корпус бака сам служит одним из электродов. Одна металлическая пластина, размещённая в центре, выполняет функцию парного электрода. При подаче тока в воде формируются мелкие частицы на металлической основе, которые прилипают к молекулам красителей и другим загрязнителям и собираются в крупные комки, поддающиеся удалению. Такое переосмысление увеличивает рабочую площадь, улучшает распределение тока по воде и облегчает доступ к металлическим поверхностям для их очистки.

Испытание на реальных фабричных сточных водах

Чтобы оценить практическую эффективность нового реактора, команда собрала реальные сточные воды с красильной фабрики в Исфахане, Иран. Эта вода была чрезвычайно загрязнена: в ней содержалось более чем в сто раз больше допустимого уровня красителей, очень высокая органическая нагрузка и сильная окрашенность и мутность. Они изготовили шесть реакторов: три из алюминия и три из железа, каждый работал с одинаковым объёмом воды. В каждом реакторе центральная металлическая пластина служила анодом, а стенки корпуса — катодом. Учёные варьировали две ключевые настройки: расстояние между центральной пластиной и стенкой бака (2, 5 или 7 сантиметров) и время пребывания воды в реакторе (от 10 до 30 минут). Для каждого испытания они измеряли, насколько эффективно удалялись цвет, мутность и органическое загрязнение, а также сколько энергии расходуется, как быстро изнашиваются металлические пластины, сколько образуется шлама и как меняются кислотность воды (pH) и её электропроводность.

Поиск оптимального режима

Эксперименты показали необходимость тщательного баланса. Когда пластины были очень близко, ток был сильным, что ускоряло удаление загрязнений, но также увеличивало энергопотребление, коррозию металла, образование шлама и сдвиги pH, особенно для железа. Большие зазоры снижали потребление энергии и потерю металла, но уменьшали очищающую способность, поскольку создавалось меньше полезных металлических частиц и пузырьков газа. Время тоже имело значение: большинство улучшений качества воды происходило в первые 20 минут. После этого прирост замедлялся, а на металлических поверхностях начинали образовываться пассивные слои, замедляющие процесс. В целом алюминиевые электроды стабильно превосходили железные, удаляя больше цвета и взвешенных частиц, сохраняя pH ближе к нейтральному, что лучше и для последующей обработки, и для водной биоты.

Что происходит с осадком и солями

В процессе обработки загрязнения и металлические частицы объединяются в шлам, который оседает из воды. Команда обнаружила, что железо давало больше и более плотный шлам, что связано с более интенсивной коррозией и повышением pH. Алюминиевый шлам был легче и проще отделялся. Анализы показали, что в твёрдом материале присутствуют распространённые минералы, включая карбонат кальция и соединения алюминия, а в оставшейся жидкости преобладали в основном безопасные растворённые соли. Электропроводность, как правило, снижалась в ходе обработки, отражая удаление растворённых ионов по мере их включения в оседающие флокулы. Эти результаты указывают на то, что при надлежащей обработке оставшийся шлам и очищенная вода могут быть управляемы так, чтобы минимизировать вторичное загрязнение, и в некоторых случаях шлам можно даже повторно использовать как материал в других процессах.

Чище вода при меньших затратах

Сравнивая множество сочетаний материала пластин, расстояния и времени обработки, исследователи выявили режимы работы, обеспечивающие эффективную очистку без чрезмерного расхода энергии или образования отходов. Лучший компромисс был достигнут в алюминиевых реакторах с зазором 5 сантиметров и временем обработки 20 минут. В этих условиях система удаляла около 83% двух ключевых показателей органического загрязнения, почти все взвешенные вещества и цвет, а также более 90% мутности. Важно, что это достигалось без добавления дополнительных химикатов, в основном за счёт электричества и поддающихся вторичной переработке металлических пластин. Для неспециалиста вывод прост: при грамотной конструкции электроуправляемый реактор может быстро и эффективно превратить сильно загрязнённую, ярко окрашенную фабричную воду в значительно более чистую, предоставляя практичный инструмент для отраслей, стремящихся защитить реки и снизить экологический след.

Цитирование: Rezaei, S., Heidarpour, M., Aghakhani, A. et al. Comprehensive study on the batch electrocoagulation for real dyeing wastewater treatment. Sci Rep 16, 9167 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40437-2

Ключевые слова: сточные воды красильных производств, электроосаждение, очистка воды, промышленное загрязнение, алюминиевые электроды