Розглянуто питання очищення стічних вод від важких металів за допомогою відходу виробництва будівельних матеріалів в якості засобу для реагентної очистки железоі цинкосодержащих модельних розчинів

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Малахатка Ю. М., Свергузова С. В., Шайх І. Г., Шамшур А. В.


The questions of necessity to clean sewage water from heavy metals, as well as the use of waste building materials as feedstock for reagent purification of iron-and Zn-containing model solutions.


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2012
    Журнал: Вісник Казанського технологічного університету

    Наукова стаття на тему 'Альтернативний реагент для очищення розчинів від іонів металів'

    Текст наукової роботи на тему «Альтернативний реагент для очищення розчинів від іонів металів»

    ?Ю. Н. Малахатка, С. В. Свергузова, І. Г. Шайх,

    А. В. Шамшур

    АЛЬТЕРНАТИВНИЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ РОЗЧИНІВ ВІД ІОНІВ МЕТАЛІВ

    Ключові слова: очистка стічних вод, важкі метали, реагентному очищення..

    Розглянуто питання очищення стічних вод від важких металів за допомогою відходу виробництва будівельних матеріалів в якості засобу для реагентної очистки залізо і цинкосодержащих модельних розчинів.

    Key words: wastewater treatment, heavy metals, reagent purification.

    The questions of necessity to clean sewage water from heavy metals, as well as the use of waste building materials as feedstock for reagent purification of iron-and Zn-containing model solutions.

    Стан навколишнього середовища в нашій країні в даний час оцінюється фахівцями як критичний. внаслідок інтенсивного

    антропогенного впливу на навколишнє середовище щорічно надходять величезні маси твердих, рідких і газоподібних відходів. Особливе занепокоєння викликає якість води водних об'єктів, яке за останні десятиліття помітно погіршився. Так, наприклад, за даними щорічного державної доповіді «Про санітарно-епідеміологічної обстановці в Російській

    Федерації в 2009 році »[1] випливає, що в 2009 році зареєстрована 31 територія суб'єктів

    Російської Федерації, де частка проб води водних

    об'єктів I категорії за мікробіологічними показниками, що не відповідає гігієнічним нормативам, склала 17,8%, а II категорії-23,1%. Не краще йдуть справи і з іншими санітарно-гігієнічних показниками. кількість

    забруднених вод, що скидаються у водойми у всьому світі, досягає 300 млрд. м3 на рік [2]. Основними постачальниками стічних вод, забруднюючих водні артерії Російської Федерації, є

    підприємства переробних галузей

    промисловості.

    Одними з найнебезпечніших для живих організмів є сполуки важких і кольорових металів. Включаючись в клітинні ферментативні системи, метали виступають як клітинні отрути і порушують функції клітин або зовсім приводять їх до загибелі. Тому найважливішою умовою екологічної

    безпеки життєдіяльності населення будь-якої країни є висока якість води водних об'єктів [3].

    Очищення стічних вод, що містять сполуки важких і кольорових металів, можна здійснювати різними способами. Всі вони відрізняються по ефективності і економічних витрат [4]. Багато з них не отримали широкого поширення через високу вартість реагентів або складності апаратурного оформлення. У зв'язку з цим розробка альтернативних ефективних способів очищення стічних вод є актуальним завданням.

    Широко поширеною технологією очищення стічних вод від сполук важких і кольорових металів є реагентному очищення, при

    якої іони металів переводяться в малорозчинні гідроксиди та виділяються з води декантацією або фільтруванням. При цьому витрачаються цінні хімічні реагенти (напр. СаО або Иа2СО3), що може бути охарактеризоване як нераціональне використання природних ресурсів при наявності цілого ряду великотоннажних відходів, зокрема, дефеката [5], тирси [6], лігніну [7], хітину і хітозану [8], відходів від переробки сільськогосподарської сировини [9], стічних вод різних виробництв [10], які за своїми фізико-хімічними властивостями можуть бути використані для очищення водотоків від іонів важких металів.

    Одним з таких відходів є пил електрофільтрів комбінату будівельних матеріалів (БКСМ), яка являє собою тонкодисперсную структуру з розміром частинок до 0,63 мм, до складу якої входить,% мас: СаОН2 - 44; ЕЮ2 - 45; СаО - 4; СаСО3 - 2; (СаБ1О3 + Са2Б1О4) - 5.

    | * Портпандіт, а - кварц; ф - оксид кальцію, ІШ - кальцит:

    • мета силікат кальцію, # - хлопця;

    Мал. 1 - Рентгенофазовий аналіз пилу БКСМ

    Якісний фазовий склад пилу,

    визначений за допомогою рентгенофазового аналізу (рис.1), показав присутність наступних піків: Са (ОН) 2 - портландіт, d (A) = 4,969; 2,640; 2,284; 2,243; 1,935; 1,797; 1,694; БЮ2 - кварц, d (A) = 4,270; 3,351; СаО - d (A) = 2,456; 1,223; СаСО3 - кальцит, d (A) = 2,134; СаО • БЮ2 - метасиликат кальцію, d (A) = 2,97; в -2СаО • БЮ2 - Ларни, d (A) = 2,748; 1,9166 [11].

    Завдяки наявності в складі пилу сполук Са (ОН) 2 і СаО при додаванні її до води рН середовища підвищується (рис. 2). Дана обставина є

    дуже важливим фактором для освіти

    малорозчинних гідроксидів металів в ході реагентної очистки.

    Мал. 2 - Залежність рН дистильованої води від маси добавки пилу БКСМ

    Експериментально визначено, що при масі добавки пилу 0,05 г до 100 мл дистильованої води, рН середовища досягає значення рН = 11,6, а при добавці в 0,1 г - рН = 12,3 і при подальшому збільшенні маси навішування показники досліджуваного параметра практично не підвищуються.

    Результати досліджень (табл.1) показують, що при підвищенні маси пилу, що додається до модельних розчинів, рН середовища останніх підвищується.

    Таблиця 1 - Зміна рН модельних розчинів при добавці пилу БКСМ

    т рН Ре3 * рН ре2 + рН Zn2 +

    С = 10 мг / л С = 20 мг / л С = 10 мг / л С = 20 мг / л С = 10 мг / л С = 20 мг / л

    0 3,8 3,4 3,6 3,3 3,5 3,2

    0,02 7 5,8 5,9 5,0 5,4 4,9

    0,04 7,8 6,7 6,9 5,9 6,7 5,9

    0,06 8,5 7,7 7,8 6,7 8,0 7

    0,08 9,2 8,7 8,5 7,2 8,6 7,8

    0,10 9,5 8,9 8,8 7,8 9,2 8,5

    0,12 9,7 9,2 9,1 8,5 9,7 9,2

    0,14 10,0 9,5 9,5 8,9 10 9,4

    Вищеназване обставина є дуже важливим в процесі очищення розчинів, що містять іони РВ2 +, Рв3 +, 2П2 +, з огляду на те, що виведення перерахованих іонів металів з розчину у вигляді малорозчинних гідроксидів безпосередньо залежить від рН середовища, яке відображає зміст в розчині іонів ОН-, що беруть участь у формуванні осаду Ме (ОН) п. Зокрема, для модельного розчину з концентрацією іонів Ре3 + 10 мг / л, рН = 3,8; для

    розчину з концентрацією названих іонів 20 мг / л значення рН знижується до рН = 3,4. Ймовірно, вищеназване обставина можна пояснити тим,

    п 2+ п 3+

    що внаслідок гідролізу іонів ге, ге в розчині накопичуються іони Н:

    Ге3 + + НОН ^ [Ге (ОН)] 2+ + Н +; [Ге (ОН) 12+ + НОН ^ [Ге (ОН) 2] ++ Н +;

    Ге + НОН ^ геонім + + Н +;

    ГП2 + + нон ^ гпОН + + н +;

    Для того, щоб відбулося хімічне, фізичне або фізико-хімічну взаємодію, необхідний контакт взаємодіючих речовин. При цьому відповідно до закону дії мас, швидкість процесу прямо пропорційна концентрації взаємодіючих частинок. значить,

    швидкість реакцій, що протікають в п3р + оцессе2 + очістк2і + модельних розчинів від іонів Ге, Ге, 2п повинна бути пропорційною масі додається пилу БКСМ.

    Мал. 3

    Зміна ефективності очищення

    модельних розчинів, що містять іони: а - Ре

    б - Ре, в - Zn2 пилу БКСМ

    в залежності від маси добавки

    Для того, щоб визначити раціональне кількість додається пилу, при якому досягається максимальна ефективність очищення і не спостерігається передозування пилу проводилися дослідження залежності ефективності очищення від маси додається пилу БКСМ і зайва добавка пилу призводить до утворення надлишкової кількості осаду водоочищення, тягне за собою зайві транспортні витрати на перевезення пилу БКСМ і осаду.

    У даній серії дослідів використовували

    гЛ3 + п 2+

    модельні розчини, які містять іони ге, ге, 2П2 + з концентрацією 10 і 20 мг / л.

    До 100 мл модельного розчину додавали розрахункова кількість пилу БКСМ. маса навішування

    а

    б

    в

    варіювалася від 0,02 до 0,14 г на 100 мл розчину. Тривалість перемішування отриманих суспензій у всіх дослідах даної серії становила 30 хвилин, температура реакційної середовища не змінювалася і становила 20 ° С. Після закінчення перемішування суспензію фільтрували через паперовий фільтр і в фільтраті визначали залишкову концентрацію іонів Ге3 +, Ге2 + фотоколориметричним методом.

    Встановлено, що оптимальною є маса навішення пилу БКСМ для очищення від заліза (III), що дорівнює 0,04 г / 100 мл модельного розчину, при цьому досягається ступінь очищення рівна 95%.

    Максимальний ступінь очищення для іонів заліза (Ш) становить 98% для модельного розчину з концентрацією іонів Ге3 + = 10 мг / л і 97% для модельного розчину з концентрацією іонів ге3 + = 20 мг / л і досягається при додаванні 0,1 г / 100 мл модельного розчину (рис.3). Для очищення від заліза (II) оптимальна маса пилу дорівнює 0,06 г / 100 мл модельного розчину, при цьому досягається ступінь очищення, що дорівнює 90%. При додаванні 0,12 г / 100 мл модельного розчину досягається максимальна ефективність, при цьому ступінь очищення для іонів заліза (П) становить 95% для модельного розчину з концентрацією іонів БЕ2 + = 10 мг / л і 93% для модельного розчину з концентрацією іонів ге2 + = 20 мг / л (рис.3).

    Таким чином, була доведена можливість використання пилу БКСМ як альтернативний засіб для очищення розчинів від іонів Ге3 +, Ге2 +, 2П2 + .

    література

    1. Державний доповідь. Частина 1: Якість природного середовища та стан природних ресурсів: «Про стан та про охорону навколишнього середовища Російської Федерації в 2009 році». 150 з.

    2. Майстренко В.М., Хамітов Р.З. Екологічний моніторинг суперекотоксікантов /В.Н. Майстренко, Р.З. Хамітов. М .: Хімія, 1996. -320 с.

    3. Безпека життєдіяльності: науково-практ. і уч.- метод. журн. / М .: Нові технології, 2010, № 8.

    4. Смирнов Д.Н., Генкін В.Є. Очищення стічних вод в процесах обробки металів / Д.Н. Смирнов, В.Є. Генкін. М .: Металургія, 1980. - 196 с.

    5. Лупандіна Н.С. Очищення стічних вод від іонів важких металів відходом виробництва дисахаридов Н.С.. Лупандіна автореферат дис. ... канд. техн. наук, Пенза, 2012. - 22 с.

    6. Fiset J.-F. Revue sur l'enle'vement des me'taux des effluents par adsorption sur ia sciure et les 'ecorces de bois / J.-F. Fiset [and ets.] // Rev. Sci. Eau. - 2000. - vol. 13. - № 3. - Р. 325 349.

    7. Crist R. H. Heavy metal uptake by lignin: comparison of biotic ligand models with an ionexchange process / R. H. Crist, J. R. Martin, D. R. Crist // Environ. Sci. and Technol. -2002. - vol. 36. - № 7. - P. 1485-1490.

    8. Boukhlifi F. Characterization of natural biosorbents used for the depollution of waste water / F. Boukhlifi, A. Bencheikh // Ann. Chim. Sci. Mater. - 2000. - vol. 25. - № 2. - Р. 153 160.

    9. Шайхіевв І.Г. Використання рослинних сільськогосподарських відходів для очищення стічних вод від іонів важких металів. ч. I. / І.Г. Шайх // Усі матеріали. Енциклопедичний довідник », 2010. - № 3. - С. 15-25.

    10. Шайх І. Г. Дослідження очищення стічних вод, що містять іони важких металів ВАТ «КамАЗ», стоками нафтохімічних виробництв / І.Г. Шайх, Г.А. Мінлігулова // Вісник Казанського технологічного університету. - 2011. - № 6. - С. 166 171

    11. Горшков В.С. Методи фізико-хімічного аналізу в'язких речовин / В.С. Горшков. - М .: Вища школа, 1981. -330 с.

    © Ю. М. Малахатка - асп. каф. промислової екології Білгородського державної реєстрацiї. технол. ун-ту ім. В.Г. Шухова; С. В. Свергузова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. промислової екології Білгородського державної реєстрацiї. технол. ун-ту ім. В.Г. Шухова, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; І. Г. Шайх - д-р техн. наук, проф., зав. каф. інженерної екології КНІТУ, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; А. В. Шамшур - канд. техн. наук, доц. каф. будівельних матеріалів і конструкцій Бєлгородського державної реєстрацiї. технол. ун-ту ім. В.Г. Шухова.


    Ключові слова: ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД /ВАЖКІ МЕТАЛИ /реагентному очищенні. /WASTEWATER TREATMENT /HEAVY METALS /REAGENT PURIFICATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити