Выбор метода и сорбента, эффективного для очистки сточных вод от соединений ртути

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ярославский государственный технический университет

выбор метода и сорбента, эффективного для очистки сточных вод от соединений ртути

Чичура Т.М.

Проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов неразрывно связаны с проведением комплекса мероприятий по предотвращению загрязнений водных источников в результате сброса сточных вод.

Экологическая ситуация города в большей степени определяется функционированием крупных промышленных комплексов, расположенных на его территории. Основными источниками загрязнения сточных, а через них и природных вод, являются предприятия, в производственный цикл которых входят следующие процессы: в основном сжигание и переработка ископаемого топлива; производство хлора и каустической соды; производство стойких красителей; военное производство; производство и применение пестицидов; производство электрических источников питания; производство лекарств, витаминов, зубоврачебное дело; производство электротехнических деталей и измерительных приборов; катализ в химической и фармацевтической промышленности; захоронение и переработка промышленных и бытовых отходов [1-3]. Данные производственные циклы связаны с применением тяжелых металлов, в основном ртути, что приводит к образованию ртутьсодержащих отходов и повышенной эмиссии ртути в окружающую среду. В отечественной промышленности было произведено и непосредственно использовано в народном хозяйстве 100 тыс. т ртути [4]. Основное количество техногенной ртути выбрасывается в окружающую среду через атмосферу и со сточными водами, далее происходит ее перераспределение и накопление в депонирующих средах и звеньях трофических цепочек [5-7]. Это антропогенное влияние существенно нарушило нормальный биогеохимический цикл этого элемента.

Из-за большой токсичности, проблеме борьбы с загрязнением окружающей среды ртутьсодержащими отходами уделяется большое внимание. По нашему мнению, наиболее актуальной в настоящее время является проблема загрязнения сточных, а через них и природных вод соединениями ртути. В связи с этим большое внимание уделяется совершенствованию уже известных и разработке новых методов очистки сточных вод от соединений ртути и сопутствующих тяжелых металлов [8,9].

Из некоторых наиболее часто применяемых методов очистки сточных вод от соединений ртути, можно выделить следующие методы:

Перевод металла в малорастворимые соединения. Очистка сточных вод данным методом сводится к связыванию ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые слабодиссоциированные соединения. По мнению авторов [5, 10-13] в этом случае ионные реакции практически необратимы.

Глубокая очистка сточных вод от ионов ртути проводится путем их осаждения в виде сульфидов ртути по реакции:

В результате осаждения образуются коллоидные частицы сульфида ртути, выделение которых из воды производится коагуляцией сульфатом алюминия или железа. Остаточная концентрация ртути после такой очистки не превышает 0,07мг/л, при ПДК ртути в сточной воде 0,0005 мг/л [10].

Метод ионной флотации. Метод основан на способности многих неорганических ионов образовывать с поверхностно-активными веществами плохо растворимый в воде гидрофобный продукт, который, благодаря, наличию ПАВ, концентрируется на межфазной поверхности газ-жидкость.

Для извлечения ртути из сточных вод в качестве осадителя используется этилксантогенат калия, а в качестве пенообразователя - ксиленол. [10, 14-16].

Метод восстановления. Неорганические соединения ртути восстанавливают до металлической ртути, затем отстаивают или фильтруют и удаляют из воды.

Органические соединения ртути окисляют до неорганических и восстанавливают до металлической ртути. В качестве восстановителей ртути и ее соединений используют: сульфид железа, боргидрит натрия, гидросульфид натрия, сероводород, алюминиевую пудру и т.д. [14, 15].

Использование флокулянтов нового поколения в процессах очистки ртутьсодержащих сточных вод. Рассмотрена очистка ртутьсодержащих сточных вод с помощью полиэлектролитов катионной природы [7, 17]. Для очистки ртутьсодержащих сточных вод в качестве эффективных флокулянтов были использованы сополимеры регулируемого состава.

Анализируя методы очистки сточных вод от соединений ртути [18, 19], можно провести их классификацию по достигаемой глубине очистки ртутьсодержащих вод (табл. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

сточный вода ртуть осаждение

Из таблицы видно, что наиболее глубокая степень очистки сточных вод от ртути достигается методом сорбции.

Из-за большой актуальности не прекращается работа по разработкам промышленных методов очистки сточных вод от ртути, и практически все разработанные методы основаны на сорбционном извлечение ртути из стоков [11, 12, 20, 21].

По мнению авторов [5, 13, 20] в настоящее время наиболее эффективным методом очистки сточных вод от соединений ртути является метод ионного обмена, имеющий ряд преимуществ: достижение глубокой и стабильной степени очистки; глубокая изученность кинетических процессов ионного обмена, математическое описание процессов, моделирование процессов; применение простого стандартного оборудования; возможность автоматизации процесса; низкая энергоемкость; возможность рекуперации многих элементов, что позволяет создавать замкнутые циклы по воде и по токсичному элементу.

Ионный обмен используют как самостоятельный способ выделения металла из технологических растворов и сточных вод, так и в комплексе с другими методами, когда требуется высокая глубина извлечения элементов, чьи ПДКВ лежат в диапазоне 0,01 - 0,001 мг/л. В настоящее время разработано и применяется в системах очистки разные виды сорбционного материала. Применяемые сорбенты характеризуются большим разнообразием химического состава и свойств. Различают природные и синтетические, органические и неорганические иониты, также композиционные материалы, отходы промышленных производств и т.д. При решении прикладных задач чаще других используются органические иониты и активированные угли, производство которых налажено в промышленных масштабах. Перспектива практического использования того или иного вида ионита в каждом случае определяется его селективными свойствами, найденными оптимальными условиями, которые обеспечивают наибольшую эффективность извлечения токсичного элемента.

Последние разработки зарубежных ученых представлены следующими исследованиями в области сорбционных материалов для очистки сточных вод от ртути [21-23]. Одним из материалов, используемым для концентрирования следов ртути (II) является ксантанилированное хлопковое волокно [23]. Ксантанилированное хлопковое волокно получают двухстадийной обработкой хлопкового волокна спиртовым 2-х % раствором NaOH. Волокно не стабильно. Способно извлекать до 96 % ртути из водных растворов.

Российские исследователи разрабатывают сорбенты для извлечения ртути и ее соединений из промышленных сточных вод [24-26].

Так, Митькиным В.Н. и Левченко Л.М. разработан способ получения сорбентов для очистки технологических растворов и промышленных сточных вод от ртути или ее соединений. Изобретение позволяет повысить степень очистки сточных вод от ртути за счет увеличения емкости сорбента, сокращения расхода сорбента и увеличения времени его использования при сохранении высокой степени очистки [24].

Варшавским О.М. и Поконовой Ю.В. разработан способ получения органо-минерального адсорбента с высокой сорбционной емкостью, используемого для сорбции ртути [25].

Левченко Л.М. и Мухиным В.В. предложили способ получения углеродсодержащего сорбента, используемого при очистке от ртути и ее соединений щелочных промышленных технологических растворов гидроксидов металлов [26].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Так же весьма перспективно применение сорбентов марок СВ и С из опок (природных алюмосиликатов) [16]. Опоки состоят из 75-80 % активного опал-кристобалитного кремнезема и 20-23 % глинистых материалов. Они являются природными силикагелями. Наиболее перспективным для очистки воды от органических и неорганических токсикантов является сорбент С-10, который получают специальной термической обработкой. Опоку размывают и отсеивают частицы размером 5-10 мм. Эти частицы нагревают в токе горячего воздуха (400-4500С) в цементной печи, затем горячую массу помещают в воду. В результате получают высокопористый сорбент, обладающий большой удельной поверхностью (20 м2/г) и повышенной прочностью. Он характеризуется высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов, что дает возможность использовать его не только для очистки воды от ионов тяжелых металлов, но и для концентрирования различных ионов с дальнейшим их определением в объектах окружающей среды..

Авторами [26] был разработан адсорбент, с высокой сорбционной емкостью по отношению к аналогичному органо-минеральному адсорбенту. Также авторами [24-26] разработаны способы получения углерод содержащих сорбентов для извлечения ртути. Данные сорбенты позволяют очищать щелочные растворы гидроксидов металлов от соединений ртути.

Английской фирмой PUROLITE разработаны аниониты А-560 и А-500U, применяемые для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов и очистки урановых вод [21-23] .

С развитием науки и промышленного производства хлора и каустической соды накоплен необходимый материал, который позволяет выделить селективные к ионам ртути иониты из широкого круга промышленных марок сорбентов. Наиболее перспективными для решения производственных задач по очистке ртутьсодержащих вод, являются макропористые иониты, содержащие в своей структуре функциональные группы фосфора, серы и азота (табл. 2).

Иониты марок АС, СФТ показывают наиболее высокую селективность при извлечении ртути из кислых растворов, где ртуть находится в виде катиона Hg2+. Из нейтральных и слабощелочных растворов, где ртуть находится в виде анионного комплекса, эффективны будут ионита марок ВП, АВ - 17 и т.д.[27].

В работах [27, 28] авторами рассмотрен вопрос разработки ионообменного метода очистки сточных вод от нейтральных и анионных комплексов ртути, изучены сорбционные и селективные свойства широкого ряда анионитов, содержащих алюмогруппы различной основности, по извлечению ртути. Экспериментально показано, что ряд селективности ионитов имеет следующий вид:

ВП-1АП > АС > АМП > АВ - 17 (табл. 3)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Здесь, Кd - коэффициент распределения, который определяется как отношение равновесных концентраций сорбируемого иона в фазе раствора и ионита.

Тогда изменение коэффициента распределения в зависимости от концентрации хлоридов в растворе описывается следующими положениями [27]:

- в случае катионного обмена ртути (II) Кd будет резко уменьшаться с уменьшением концентрации хлоридов;

- в случае анионного обмена ртути (II) Кd будет возрастать с увеличением концентрации хлоридов.

Таким образом, из данных таблицы следует, что повышенной селективностью к ионам ртути в хлоридных растворах обладают сильноосновные аниониты. В тоже время для слабоосновных анионитов АН-2Ф и АН-23 характерны относительно низкие коэффициенты распределения, не смотря на то, что именно этой группе анионитов свойственно комплексообразование с ионами тяжелых металлов. Также важным фактором, определяющим выбор сорбента, является способность его к элюированию ртути и возможность повторного использования в цикле сорбции.

Анализ приведенных данных, а также лабораторные исследования по сорбции ртути [27, 28], позволили сделать вывод о непригодности слабоосновных анионитов для целей глубокой очистки вод от соединений ртути. Перспективными для использования в процессе глубокой очистки ртутьсодержащих стоков являются аниониты марок АМ, АМП,АС и ВП-1АП. Предпочтение отдано аниониту ВП-1АП, в виду его сорбционных характеристик и физико-химических свойств (обладает высокой механической стойкостью и химической устойчивостью).

Список литературы

сточный вода ртуть осаждение

1. Володин Н. И., Чичура Т.М. Распространенность ртути в окружающей среде // Известия ТулГУ. 2004. - № 7. - С. 68 - 71.

2. Петросян В.С. Загрязнение ртутью: причины и последствия // ЭКиП. 1999. - № 12. - С. 34-38.

3. Ревин Б.А. Загрязнение окружающей среды химическими веществами и экологически обусловленные изменения состояния здоровья населения в городах России // Известия Академии Наук. 2003. № 3. - С. - 75 - 82.

4. Залётин В.М. Техногенные источники ртутного загрязнения на территории России // Известия Академии Промышленной Экологии. 2003.- № 4. С. 17 - 27.

5. Лапердина Т.Г. Определение ртути в природных водах - Новосибирск: Наука, 2000.

6. Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. - М.: ИМГР9, 1992.

7. Чичура Т.М., Володин Н.И. Ртуть в городских водных системах // Современные проблемы экологии и рационального природопользования в Тульской области / Материалы 4-й Региональной научно-практической конференции. - Тула, 2004. - С. 38 - 41.

8. Макаров В.Н., Макаров Д.В. Способ очистки воды от ионов тяжелых металлов. Пат. 2259956, зарегистрирован 2005.09.10.

9. Павлов М.В., Сафронов А.П. Состав для очистки воды. Пат. 2192395, зарегистрирован 2002.11.10.

10. Картузов В.М., Шемаев С.А. Утилизация ртутьсодержащих отходов // ЭКиП. 2000. - № 4. - С. 14 -16.

11. Гольдинов А.Л., Абрамов О.Б., Софронова Н.А., Завиялов А.С., Луппов В.А Способ очистки сточных вод от соединений ртути. Пат. 2064898, зарегистрирован 10.08.96.

12. Гольдинов А.Л., Абрамов О.Б., Софронова Н.А., Завиялов А.С., Луппов В.А Способ очистки промышленных сточных вод от ртути. Пат. 2123478, зарегистрирован 20.12.98.

13. Проскурятов В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л. «Химия», 1977.

14. Васленко Л.В. Методы очистки промышленных сточных вод. - М: Наука, 2000.

15. Пудовкин В.А. Очистка сточных вод. Учеб. пособ., 1995.

16. Алыков Н.М., Реслянская А.С. Очистка воды природными сорбентами // ЭКиП. 2003. - № 2. - С. 12 - 13.

17. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

18. Гороновский А.П., Назаренко Ю.П., Некрич Е.Ф. Краткий справочник по химии. - Киев: Наук. Думка, 1972.

19. Проскурятов В.А., Шмидт Л.Н. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977.

20. Феднина В.Ф. Способ очистки сточных вод от растворенных соединений ртути. Пат. 2114065, зарегистрирован 1998.06.27

21. Trends Anal 2000 19. № 1. С. 72 -77.

22. Trends Anal 2000 19. № 2 - 3. С. 167 -169.

23. Talanta. 2000. 51, N 1, с. 77-87, 3.

24. Митькин В.Н., Левченко Л.М. Способ получения углеродсодержащего сорбента для извлечения ртути. Пат. 2172644, зарегистрирован 2001.08.27.

25. Варшавский О.М., Поконова Ю.В. Способ получения органо-минерального сорбента. Пат. 2118202, зарегистрирован 1998.08.27.

26. Левченко Л.М., Мухин В.В. Способ получения углеродсодержащего сорбента для извлечения ртути. Пат. 2264856, зарегистрирован 2005.11.27.

27. Зубакова Л.Б., Тевлина А.С., Даванков А.Б. Систематические ионообменные смолы. - М.: Химия, 1978.

28. Синявский В.Г. Селективные иониты. - Киев: Техника, 1967.

Размещено на Allbest.ru