УДК 628.312.5

Оноприенко Н.С, Скосарева Т.В., Ларионова Л.В.

Восточно-Казахстанский Государственный Технический университет имени Даулета Серикбаева, Казахстан

К вопросу о возможности определения хрома в сточных водах

Интенсивное загрязнение и ухудшение состояния поверхностных и подземных вод промышленными предприятиями требует разработки и совершенствования методов очистки сточных вод от различных компонентов, что является важнейшей экологической задачей.

Восточно-Казахстанская область (ВКО) – крупный промышленный регион Республики Казахстан, в котором наблюдается значительное загрязнение водных ресурсов промышленными стоками.

В указанном регионе хромосодержащими являются стоки предприятий металлообработки, гальванических производств, шламы, образующиеся после их очистки, а также сточные воды кожевенно-мехового производства г. Усть – Каменогорска и г. Семей. Несмотря на то, что на большей части производств существуют очистные сооружения, препятствующее попаданию неочищенных стоков в водоемы, полностью решить эту проблему в настоящий момент не удается.

Известно, что соединения хрома в высшей степени окисления представляют собой сильные окислители, поэтому хромсодержащие сточные воды отличаются высокой токсичностью. Высшие оксиды хрома намного агрессивнее низших и оказывают более выраженное раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей человека и легочную ткань. В основе аллергических реакций и клинических проявлений токсического эффекта хрома лежит его способность к образованию комплексных соединений. Независимо от способа поступления в организм человека хром аккумулируется на длительный срок в печени, почках, селезенке, костях, костном мозге и легких. При хромовой интоксикации преимущественно поражаются органы пищеварения и органы дыхания.

Для решения обозначенной проблемы необходимо совершенствование методики определения хрома в сточных водах.

Анализ данных одного из предприятий г.Усть-Каменогорска, осуществляющий работу с гальваническими покрытиями, показал, что традиционный способ очистки известковым молоком дает положительный эффект и значительно снижает концентрацию ионов хрома: от 100 мг/дм³ до 0,021 - 0,038 мг/дм³. В то же время, эти значения не достигают предельно-допустимых концентраций (ПДК), и превышение концентраций составляет в 10 и более раз. В связи с этим, одна из решаемых нами задач заключалась в разработке второй стадии более глубокой очистки сточных вод от ионов хрома.

При очистке кислых сточных вод гальванического производства на данном предприятии применяют реагентную обработку, в процессе которой осуществляют корректировку рН стоков. Этот способ предполагает обработку известковым молоком (Са(ОН)₂ ). При этом рН раствора увеличивается, ионы тяжелых металлов, в том числе хрома +3, образуют гидратные соединения нерастворимой формы и переходят в шлам. Таким образом, происходит нейтрализация и обесцвечивание сточных вод. Химическую сущность процесса реакции можно выразить уравнением реакции (1):

Са(ОН)₂ +Cr³⁺⁼Cr(OH)₃ ↓+Ca²⁺ (1)

Согласно ГОСТ указаны ПДК вод рыбохозяйственных водоемов, которые составляют:

· хром в степени окисления (+6) – 0,001 мг̸̸дм³;

· хром в степени окисления (+3)– 0,003 мг̸̸дм³.

Для определения реальных показателей мы использовали «ГОСТ Р 52962-2008. Вода. Методы определения хрома (VI) и общего хрома» [1]. Он распространяется на природную (поверхностную и подземную) воду, питьевую и сточную воду и устанавливает следующие методы определения содержания хрома (VI) и общего хрома: химический - фотометрический метод определения содержания хрома[2] и физический - метод атомной спектрометрии [1]. Эти методы являются арбитражными.

Метод определения содержания общего хрома с использованием атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой позволяет выявить содержание хрома в сточных и очищенных сточных водах при массовой концентрации от 0,001 до 50 мг̸̸дм³ . Он основан на измерении интенсивности излучения атомов хрома, возникающего при распылении пробы анализируемой воды в аргоновую плазму, индуктивно возбуждаемым радиочастотным магнитным полем [1].

Фотометрический метод определения хрома (VI) основан на измерении светопоглощения в диапазоне длин волн от 540 до 550 нм окрашенного (красно-фиолетового) комплексного соединения, образующегося в результате реакции 1,5-дифенилкарбазида с бихромат ионами пробы анализируемой воды в кислой среде и определении хрома (VI) по значению оптической плотности раствора. Для определения общего хрома соединения хрома (III) предварительно переводят в хром (VI) путем окисления надсернокислым аммонием, после чего определяют содержание общего хрома в обработанной пробе с 1,5-дифенилкарбазидом. Содержание хрома (III) определяют как разность между содержанием общего хрома и хрома (VI) [2].

При анализе фотоколориметрическим методом нами учитывались условия, мешающие определению хрома. В частности, мешающее влияние оказывают железо (III) при содержании свыше 1 мг̸̸дм³ , высокое содержание солей кальция, хлора, органических примесей.

По химическому методу [2] нами проводилось определение микроколичеств общего хрома (Cr³⁺ и Cr⁶⁺) в воде рыбохозяйственных водоемов с нормой по содержанию хрома не более 0,001 мг̸̸дм³. Она позволяет эффективно устранить мешающее влияние примесей фотометрическому определению общего хрома по реакции с 1,5-дифенилкарбазидом. Способ включает предварительное концентрирование хрома путем выпаривания, последующую минерализацию, нейтрализацию и обработку минерализованной пробы персульфатом аммония в присутствии серной кислоты, осаждению гидратов, их отделение фильтрованием, обработку фильтрата дифенилкарбазидом в присутствии серной и фосфорной кислот и фотометрирование окрашенного раствора.

После обработки модифицированными сорбентами хромсодержащих сточных вод данным методом содержание ионов хрома (III) не установлено, поэтому при расчете по формуле (1) весовое количество хрома (VI) приравнивается к количеству хрома общего (2) и (3).

m Cr(общ)=m Cr⁺³+m Cr⁺⁶ (1)

m Cr(общ)= 0+m Cr⁺⁶ (2)

m Cr(общ)= m Cr⁺⁶ (3)

Полученные результаты после обработки сточной воды модифицированными природными сорбентами на основе бентонитовых глин 11 и 14 горизонтов Таганского месторождения ВКО показывают концентрации хрома, соответствующие ПДК (таблица 1).

Таблица 1. Результаты сорбционной очистки сточных вод от ионов хрома с применением модифицированных сорбентов С_оCr= 0,034 мг/дм³

Виды модифицированных сорбентов	Время обработки, час	Соотношения сорбент: сточная вода (в.ч.)
		1:50		1:100		1:130
		ССr мг/дм^3	α, массовая доля %	ССr мг/дм^3	α, массовая доля %	ССr мг/дм^3	α, массовая доля %
Композиция 1	3	0,0004	98,82	0,0009	97,35	0,0009	97,35
	6	0,0039	82,27	0,001	95,45	0,0009	97,35
Композиция 2	3	0,0008	97,65	0,0007	97,94	0,001	97,06
	6	0,0032	85,45	0,004	81,81	0,0015	95,59

Например, степень очистки композицией 1 модифицированного сорбента от ионов хрома при начальной его концентрации 0,034 мг/дм³ составила 0,0009 мг/дм³ при времени контакта в интервале 3-6 часов при соотношении сорбент: сточная вода (в.ч.) 1:130.

Таким образом, используемый нами комплекс методик по определению хрома в сточных водах гальванического и кожевенно-мехового производств позволяет определить микроколичества этого тяжелого металла, а следовательно улучшить процесс сорбции за счет более глубокого извлечения его из растворов после известковой очистки. Модифицированный сорбент позволяет добиться снижения содержания хрома до значений ПДК, позволяющих осуществлять слив очищенной воды или возврат очищенной воды в производство.

Литература

1. ГОСТ Р 52962-2008. Вода. Методы определения хрома (VI) и общего хрома»

2. Ахметова Т.И., Гатиятуллина Л.Я., Галлямова Э.И. Способ определения микроколичеств общего хрома в воде.- Заявка: 97120670/25, 15.121997