Возможность применения бурых углей Тюльганского месторождения в технологиях очистки природных и сточных вод от тяжелых металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Оренбургский государственный педагогический университет»,

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Оренбургский государственный университет»

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ ТЮЛЬГАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Кольцова Е.Г., канд. хим. наук, доцент,

Саморукова А.Е.,

Саморукова О.Е.

Качество воды большинства водных объектов Оренбургской области не отвечает нормативным требованиям [1]. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности и числа случаев экстремально высокого содержания загрязняющих веществ в водных объектах. По мнению экологов, Оренбургская область рискует испытать дефицит питьевой воды. Основным источником питьевой воды является река Урал и подземные источники, которые, однако, сильно загрязнены. Причиной этого является сосредоточение в Оренбургской области значительного количества предприятий цветной металлургии и тысяч тонн накопленных ими отвалов. Содержащиеся в отвалах тяжелые металлы попадают в подотвальные воды, проникают в водоносные горизонты и водные источники, питающие крупные реки региона.

Токсичные химические элементы, попадая в организм человека с водой, имеют свойство аккумулироваться. Среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа: кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром, которая наиболее опасна для здоровья человека и животных. Концентрация тяжелых металлов, содержащихся в водоемах, не должна превышать ПДК (табл. 1).

Таблица 1 - ПДК некоторых тяжелых металлов в водоемах рыбохозяйственного и питьевого назначения.

Понимание, к чему приводит загрязнение воды тяжелыми металлами, имеющими токсичные свойства и повышенную биологическую активность, заставляет искать эффективные и доступные способы снижения их содержания в водных объектах. Одна из задач, которая сегодня остро стоит перед Оренбургской областью, - поиск эффективных способов очистки водоемов от металлов-токсикантов.

Существуют различные подходы к проблеме очистки природных и сточных вод от тяжелых металлов. Методы очистки выбираются исходя из качественного состава веществ-загрязнителей и их количественного содержания, иногда их приходится комбинировать. К таким методам относятся: использование сорбентов для поглощения; перевод в нерастворимые соединения через ионный обмен либо путем осаждения; мембранные технологии; гальваническая очистка; применение магнитного поля; дистилляция с последующим конденсированием. Сорбенты и мембранные фильтры, самые простые и недорогие способы очистки, нашли широкое применение в бытовых очистных устройствах. Выпаривание - слишком энергозатратный метод и редко применяется, несмотря на высокий уровень очистки жидкости. Ионно-обменный метод очистки дает хорошие результаты по удалению примесей. Однако, технология реализуется с помощью ионообменных смол, имеющих довольно высокую стоимость. Поэтому, в соответствии с современными тенденциями, для очистки вод различной природы предпочтение отдаётся все-таки сорбционным технологиям. Данный метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки сточной воды, которая может быть очищена до предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и затем использована в технологических процессах или в системах.

В качестве сорбентов применяют многие природные и модифицированные материалы - активированный уголь, цеолиты, торф и пр. [3]. В этой связи особое внимание обращает на себя уникальный класс природных веществ - гуминовые кислоты - полифункциональные высокомолекулярные органические соединения почвы, торфа и бурого угля, обладающие высокой сорбционной ёмкостью по отношению к органическим и неорганическим соединениям.

Гуминовые кислоты являются специфическими природными высокомолекулярными соединениями, которые образуются при превращении растительных остатков в почвах под влиянием микроорганизмов. Интересен тот факт, что они способны в наибольшей степени связывать ионы тяжелых металлов в прочные комплексы. Гуматы - комплексы ионов тяжелых металлов с гуминовыми кислотами. Константы устойчивости соответствующих гуматов имеют значения в пределах 105-1012 в зависимости от природы металлов. Устойчивость самих гуматов зависит от кислотности водной среды.

Наиболее богатым источников гуминовых веществ является бурый уголь. Гуминовые кислоты в силу своего строения характеризуются нерастворимостью в воде при рН, близких к нейтральным. В настоящее время существует множество способов выделения гуминовых кислот из бурых углей: обработка твердого угля твердой щелочью с последующим растворением в воде; обработка твердого угля водным раствором гидроксида натрия, калия или аммония; окисление угля смесью водных растворов минеральной и органической кислот; электрохимические способы выделения.

В Оренбургской области имеется месторождение бурого угля - Тюльганский угольный разрез. Уголь данного месторождения неэффективен в качестве топлива, однако содержит до 60% гуминовых кислот в пересчете на сухую массу угля [4]. Аргументом для использования данного сырья для получения высокоэффективного сорбента является и логистический аспект - месторождение находится непосредственно на территории Оренбургской области.

Поэтому целью данной работы является экспериментальное обоснование возможности применения бурых углей Тюльганского месторождения для очистки природных и сточных вод от тяжелых металлов.

Доступность и невысокая стоимость бурых углей привлекают внимание исследователей. Выбор исходного сырья определялся его природными и физико-химическими свойствами: начальной пористой структурой, высоким выходом летучих веществ (40 %), невысоким содержанием золы и серы (0,5 %). Бурые угли, подвергнутые термическому воздействию, обладают развитой пористой структурой, в которой представлены поры всех размеров - от микропор до видимых крупных пор. Наличие разветвленной системы транспортных пор обеспечивает хорошую доступность поверхности молекулам модифицирующего агента. Эти факторы определяют эффективность данного сорбента. В работе [5] приведены данные по степени очистки воды бурым углем от тяжелых металлов: в статических условиях при температуре 20°С были проведены исследования по адсорбции ионов цинка (II), кадмия (II), ртути (II) и свинца (II) из водных растворов при оптимальных значениях рН (3,5 - 4,0) в равновесных условиях в интервале концентраций 5-20 мг/л. Найденные значения сорбционных емкостей природного активированного угля для ионов свинца - 30 мг/г, кадмия - 12,2 мг/г, цинка - 7,2 мг/г, ртути - 12.5 мг/г. Исходя из полученных авторами работы [5] данных, бурый уголь обладает достаточно высокой сорбционной способность.

Кроме высокой сорбционной эффективности, бурый уголь обладает другими важными характеристиками: дешевизной и доступностью.

Среди известных недостатков сорбционных систем необходимо отметить, прежде всего, быструю "засоряемость", которая объясняется ограниченным количеством активных центров, которые могут связывать сорбируемые примеси. В результате полного связывания активных центров в какой-то момент вода просто перестает очищаться. Однако данный недостаток компенсируется, во-первых, дешевизной сорбента, а во-вторых, возможностью его регенерации и повторного использования.

Таким, образом, исходя из анализа имеющихся данных, представляется целесообразным изучение сорбции тяжелых металлов бурым углем Тюльганского месторождения, что в перспективе позволит предложить доступный и эффективный сорбент для очистки природных и сточных вод нашего региона.

очистка уголь металл водоем

Список литературы

1.Алферов, И. Н. Проблема обеспечения качественной питьевой водой населения Оренбургской области. / И. Н. Алферов, Н. В. Яковенко. // Экология человека. - 2016. - №4. - С. 3-8.

2.СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения.

3.Смирнов, А. Д. Сорбционная очистка воды. / А. Д. Смирнов. - Л.: Химия, 1982. - 168 c.

4.Жирнов, Б.С. Кинетика извлечения гуминовых кислот из бурого угля Тюльганского месторождения. / Б. С. Жирнов [и др.] // Башкирский химический журнал. - 2009. - Т.16. - №2. - с. 169-172.

5.Уразова, Т. С. Модифицированные гуминовые сорбенты тяжелых металлов из неэнергетического бурого угля [Электронный ресурс] / Т.С. Уразова [и др.] // Бесплатная электронная библиотека - Научные публикации. - Режим доступа: http://os.x-pdf.ru/20himiya/628246-1-udk-50255-modificirovannie-guminovie-sorbenti-tyazhelih-metallov.php.

Размещено на Allbest.ru