Секция: Экология

Подсекция: Экологические и метеорологические

проблемы больших городов и промышленных зон

УДК 544.77:622

Хромышева Е.А., Хромышев В.А., Клим Н.А.

Мелитопольский государственный педагогический университет

имени Богдана Хмельницкого

Адсорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью синтетических и природных сорбентов

Ионы тяжелых металлов, являются одним из факторов антропогенного загрязнения водных объектов, используемых в качестве источников хозяйственно-питьевого и рекреационного водопользования населением. Неизбежное увеличение ионов тяжелых металлов в сточных водах, наблюдающееся в последнее время, может значительно ухудшить санитарно-гигиеническое состояние поверхностных источников воды и подземных вод. Попадая в водоемы, тяжелые металлы, затрудняют процессы биологического окисления органических загрязнителей и таким образом препятствуют их самоочищению, ухудшают санитарно-химические показатели качества воды.

Одним из наиболее перспективных методов очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов является адсорбция на различных природных и синтетических материалах, что позволяет повторно использовать очищенную воду в замкнутых системах водного хозяйства предприятий.

Работу проводили как на модельных растворах, так и на сточной воде Мелитопольского завода тракторных гидроагрегатов (ОАО «Гидросила МЗТГ»). Пробы сточной воды ОАО «Гидросила МЗТГ» были отобраны согласно международному стандарту [1]. Состав сточной воды ОАО «Гидросила МЗТГ» разнообразен. В результате проведенных анализов установлено, что образец сточной воды имеет слабощелочную реакцию среды рН=7,7. вода содержит 411,5 мг/л взвешенных веществ, ПАВ и других показателей, которые почти в два раза превышают допустимые нормы, из анионов в составе воды выявлены хлорид-ионы – 302,8 мг/л и сульфат-ионы – 402,1 мг/л. Из катионов – Fe^{3 +}– 27,3 мг/л и Cr⁶⁺ – 0,13 мг/л. Таким образом, содержание ионов железа (III) в сточных водах ОАО «Гидросила МЗТГ» в 11 раз превышает допустимые концентрации загрязняющих веществ в сточных водах, а содержание ионов хрома (VI) в 1,3 раза. Следовательно, данная сточная вода перед сбросом должна подвергнуться очистке, чтобы избежать негативного влияния на окружающую среду. Что в дальнейшем может повлиять на загрязнение подземных вод и природных водоемов.

Опыты по определению величины адсорбции ионов тяжелых металлов проводили следующим образом. В стеклянную колбу емкостью 100 мл, содержащую 50 мл сточной воды вводили адсорбент с определенной концентрацией, закрывали колбу хорошо притертой стеклянной пробкой и встряхивали в течение 0,5 часа до установления равновесия на аппарате для встряхивания АВС-6с. Затем содержимое фильтровали. Раствор, отделенный от адсорбента анализировали на содержание в нем ионов тяжелых металлов и рассчитывали разность его содержания в растворе до и после адсорбции [2].

Об эффективности процесса адсорбции ионов тяжелых металлов из сточных вод от загрязнителей судили по степени выделения их из раствора a

%,

где и – концентрация ионов Fe³⁺ в растворе до и после очистки. Процесс очистки тем более эффективен, чем больше значение a.

Предварительные исследования на модельных растворах с содержанием ионов Cr⁶⁺ от 0,05 мг/л до 0,5 мг/л и ионов Fe^{3 +} от 1 до 30 мг/л (именно такие концентрации ионов входят в состав сточных вод гальванических производств) показали, что наиболее эффективной доза активированного угля 1 мг/л. Дальнейшее повышение дозы адсорбента нецелесообразно ввиду высокой стоимости активированного угля.

Проведенные исследования показали (табл.1), что адсорбционная очистка воды от ионов Fe³⁺ позволяет снизить их содержание в воде на 82 %. При повышении концентрации ионов Fe³⁺ до 30 мг/л, степень очистки практически не снижается. Исследования по очистке воды от ионов Cr⁶⁺ показали (табл.1), что содержание ионов уменьшается в среднем на 92%. При повышении концентрации ионов Cr⁶⁺ до 0,5 мг/л (проба №5), степень очистки незначительно снижается. Таким образом, показано, что активированный уголь является эффективным адсорбентом для очистки воды от ионов тяжелых металлов. Степень адсорбционной очистки велика, что свидетельствует о высокой адсорбционной емкости адсорбента и позволяет использовать метод для очистки промышленных сточных вод содержащих ионы тяжелых металлов.

Таблица 1

Эффективность адсорбционной очистки модельных растворов от ионов тяжелых металлов с помощью активированного угля (1 мг/л)

Номер пробы	Концентрация ионов Fe^3 + (мг/л) до очистки	Концентрация ионов Fe^3 +(мг/л) после очистки	Степень очистки a (%)	Концентрация ионов Cr^6+(мг/л) до очистки	Концентрация ионов Cr^6+(мг/л) после очистки	Степень очистки a (%)
1	5	0,9	82,0	0,05	0,003	94,0
2	10	1,9	81,0	0,1	0,007	93,0
3	15	2,8	81,3	0,2	0,015	92,5
4	20	3,6	82,0	0,4	0,032	92,0
5	30	5,4	82,0	0,5	0,048	90,4

Однако, высокая стоимость активированного угля не позволяет его использование для очистки промышленных сточных вод, поэтому нами были проведены исследования по очистке сточной воды ОАО «Гидросила МЗТГ» с помощью природных адсорбентов (табл.2). В качестве адсорбента использовали карбонат кальция с содержанием СаСО₃ 95%. Адсорбент, перед введением в воду, измельчали на шаровой мельнице до размеров 0,3-0,5 мм. Экспериментально установлена наиболее эффективная доза СаСО₃ – 1000 мг/л, при которой степень адсорбционной очистки от железа (III) составляет 83 %, от ионов хрома (VI) – 96 % (табл.2).

Таблица 2

Эффективность адсорбционной очистки модельных растворов от ионов тяжелых металлов с помощью кальций карбоната (1000 мг/л)

Номер пробы	Концентрация ионов Fe^3 + (мг/л) до очистки	Концентрация ионов Fe^3 +(мг/л) после очистки	Степень очистки a (%)	Концентрация ионов Cr^6+(мг/л) до очистки	Концентрация ионов Cr^6+(мг/л) после очистки	Степень очистки a (%)
1	5	0,8	84,0	0,05	0,002	96,0
2	10	1,7	83,0	0,1	0,005	95,0
3	15	2,4	84,3	0,2	0,010	95,0
4	20	3,3	83,5	0,4	0,020	95,0
5	30	5,1	83,0	0,5	0,022	95,6

Таким образом, проведенные исследования показали перспективность использования адсорбционной очистки сточных вод машиностроительных предприятий с помощью природных сорбентов.

Литература.

1. ДСТУ ISO 5667-10:2005 Качество воды. Отбор проб. Часть 10. Руководство по отбору проб сточных вод (ISO 5667-10:1992, IDT).

2. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. – 447с.