УДК 628.33:661.8

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Клименко Татьяна Всеволодовна
Черкасский государственный технологический университет
старший преподаватель кафедры химии и химической технологии неорганических веществ

Аннотация
Данная статья посвящена проблемам извлечения тяжелых металлов из сточных вод и воздействия их на организм человека. Проведенные исследования позволяют утверждать, что метод ультрафильтрации является простым, эффективным и энергосберегающим при очистке сточных вод от хрома (VI) и железа, а использование активированных бентонитовых глин позволит увеличить степень очистки сточных вод от хрома (VI) и предложить ее в качестве промышленного сорбента за счет дешевизны и доступности. Данные исследования являются актуальными и вносят новизну в процесс очистки сточных вод.

Ключевые слова: активированная бентонитовая глина, воздействие на организм человека, железо, катионит КУ – 2 – 8., метод ультрафильтрации, очистка, сточные воды, хром (VI)


WASTEWATER TREATMENT OF HEAVY METAL IONS

Klimenko Tatiana Vsevolodovna
Cherkasy State Technological University
Senior Lecturer, Department of Chemistry and Chemical Technology of Inorganic Substances

Abstract
This article focuses on the heavy metals extraction methods from wastewater and their impact on the human body . Our studies suggest that the ultrafiltration method is simple, effective and energy-efficient wastewater treatment of chromium (VI) and iron, and the use of activated bentonite clays will increase the degree of purification of waste water from chromium (VI) and offer it as an industrial sorbent for due to cheapness and availability. These studies are relevant and makes improvements to the wastewater treatment process.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Клименко Т.В. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2013/11/28484 (дата обращения: 29.09.2017).

К тяжелым металлам относится больше 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева.

Тяжелыми металлами являются хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут и другие.[1]

Сточные воды, содержащие тяжелые металлы (промышленные сточные воды), образуются в автомобильной и химической промышленности, при производстве гальванических элементов и обработке металлических поверхностей, в электронной промышленности, в типографии, на кожаных фабриках и других. Они представляют большую опасность для окружающей среды и для человека.[1]

Проблема удаления тяжелых металлов из сточных вод сейчас особенно актуальная. Плохо очищенные сточные воды поступают в природные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются в воде и донных отложениях, становясь таким образом источником вторичного загрязнения. Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объему водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорбируются на минеральных и органических осадках. Вследствие чего содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно увеличивается, и когда адсорбционная способность осадков исчерпывается, тяжелые металлы поступают в воду, что и приводит к экологическому кризису. Штрафные санкции за сброс тяжелых металлов в воду становятся все жестче, но это не решает проблемы.[1]

Тяжелые металлы поступают в организм человека с едой и водой, накапливаются там, поскольку не выводятся из организма, и вызывают различные заболевания. В небольших дозах железо, цинк и другие металлы жизненно необходимые, потому что участвуют в разных формах метаболизма, переносе, синтезе веществ. Но в концентрациях превышающих предельно допустимые эти металлы становятся вредными, поэтому сточные воды необхио очищать от тяжелых металлов.

Была проведена работа по очистке искусственных образцов сточной воды от железа (Fe) и хрома Cr (VI), которые относятся к 3 классу опасности (опасные). Предельно – допустимая концентрация хрома общего (Cr) в питьевой воде не должна превышать 0,05 мг/дм3, а железа общего (Fe) – 0,2 мг/дм3 [2, приложение 2].

Соединения хрома Cr (VI) в больших концентрациях являются канцерогенными и могут вызывать онкологические заболевания, разные заболевания кожи [3].

Повышенное содержание железа в организме человека приводит к нарушению обмена веществ за счет того, что будучи биологически активным элементом образует хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами; взаимодействует с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.

Существует много методов очистки воды от тяжелых металлов, к которым относятся химические, электрохимические, адсорбционные, ионообменные методы и другие. Важной задачей очистки сточных вод является применение наиболее энергосберегающих методов, а также возвращения извлеченных из сточных вод металлов обратно в производство.

Очистка искусственных образцов сточной воды от хрома Cr (VI) проводилась методами ультрафильтрации, адсорбции и ионного обмена, тога как очистка от железа (Fe) проводилась методом ультрафильтрации.

Метод мембранного разделения, а именно ультрафильтрация, является простым и энергосберегающим. Метод заключается в пропускании раствора под давлением через полупроницаемую мембрану. Вследствие чего над мембраной образуется концентрат, содержащий тяжелые металлы, а под мембраной – очищенный раствор (пермеат) [4, с. 326].

Работа по очистке искусственных образцов сточной воды от железа (Fe) и хрома Cr (VI) проводилась на мембранной установке типа УСФ-293. В процессе работы использовались обратноосмотические ацетатцеллюлозные мембраны типа МГА-90, МГА-100 с анизотропной структурой. В результате мембранного разделения был получен пермеат сточных вод, содержащий незначительную концентрацию железа (Fe) и хрома Cr (VI).

Определение концентрации железа (Fe) и хрома Cr (VI) проводилось по стандартным методикам.

Результаты проведенных опытов занесены в таблицы 1, 2.

Очистка искусственных образцов сточной воды от хрома Cr (VI) проводилась также на природных сорбентах, в качестве которых использовалась активированная глина Черкасского месторождения, и на катионите КУ – 2 – 8.

Результаты проведенных опытов занесены в таблицы 3, 4.

Таблица 1 – Результаты очистки сточных вод от железа (Fe) методом ультрафильтрации

Рабочее давление, МПа

Тип мембран

Содержание железа (Fe),

Степень очистки, %

Исходный раствор

Пермеат

0,5

МГА 90

5

0,192

0,32

0,4

96,16

93,6

92,0

6

0,162

0,32

0,446

97,29

94,66

92,56

7

0,268

0,406

0,48

96,17

94,19

93,14

8

0,584

-

0,64

92,7

100,0

92,0

9

0,24

0,492

0,512

97,3

94,5

93,9

10

0,34

0,452

0,544

96,6

95,48

94,56

Таблица 2 – Результаты очистки сточных вод от хрома Cr (VI) методом ультрафильтрации

Рабочее давление, МПа

Тип мембран

Содержание хрома Cr (VI),

Степень очистки, %

Исходный раствор

Пермеат

3,5

МГА100

5

0,00358

0,00301

0,00262

99,89

99,87

99,97

2,5

5

0,00336

0,00384

0,004

99,93

99,92

99,92

3

6

0,00251

0,00544

0,00628

99,96

99,89

99,87

1,8

6

0,0044

0,00496

0,00596

99,92

99,93

99,90

10

0,1208

0,1072

98,78

98,93

Таблица 3 – Результаты очистки сточных вод от хрома Cr (VI) на активированных бентонитовых глинах

Высота слоя глины,см

Масса глины, г

Содержание хрома Cr (VI) в исходном растворе, мг/дм3

Остаточная концентрация хрома Cr (VI), мг/дм3

Степень

очистки, %

10

30

5

0,00628

0.00612

0.0048

99.878

99.877

99.9

6

20

4

0,00476

0,0046

0,00458

99.881

99.885

99.886

6

20

3

0,0042

0,004

0,00396

99.86

99.866

99.868

6

20

2

0,00284

0,00276

0,00276

99.858

99.862

99.862

Таблица 4 – Результаты очистки сточных вод от хрома Cr (VI) на катионите КУ – 2 – 8

Содержание хрома Cr (VI) в исходном

растворе , мг/дм3

Остаточная концентрация хрома Cr (VI), мг/дм3

Объем пробы для анализа,

см3

Степень

очистки, %

5

0,00552

0,0054

0,00248

2

99,880

99,892

99,950

6

0,00404

0,00384

0,00324

2

99,940

99,945

99,950

В результате проведенной работы установлено, что самая лучшая очистка сточных вод методом ультрафильтрации от хрома Cr (VI) проходила при пропускании раствора под давлением 3,5 МПа, степень очистки при этом составила 99,97%; самая лучшая очистка от железа (Fe) проходила при пропускании раствора под давлением 0,5 МПа, а степень очистки составила 97,3%.

При очистке сточных вод от хрома Cr (VI) на активированных бентонитовых глинах и катионите КУ – 2 – 8 было установлено, что самая лучшая очистка проходила на активированных бентонитовых глинах, средняя степень очистки которых составляет 99,89 %. Это позволяет предложить активированную бентонитовую глину в качестве промышленного сорбента, поскольку она дешевле, чем катионит КУ – 2 – 8.


Библиографический список
  1. Тяжелые металлы. Электронный ресурс. www. t-water.ru/index.php/ochistka-stochnykh-vod/91-tyazhelye-metally.
  2. Государственные санитарные нормы и правила ДСаНПиН 2.2.4 – 171 – 10 (ДСаНПиН 2.2.4 – 400 – 10) Гигиенические требования к воде питьевой, предназначенной для употребления человеком.
  3. Что такое тяжелые металлы? Про хром, сурьму и цинк. Электронный ресурс. http://www.net-bolezniam.ru/publ/1-1-0-13.
  4. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2000. 801 с.


Все статьи автора «Виталий»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: