Сорбенты для очистки воды от тяжелых металлов

Обновлено: 22.01.2025

Не случайным фактором является беспокойство людей относительно загрязнения окружающей среды, ведь это влияет и на качество воды. Именно в водоемы сливаются отходы промышленности и жизнедеятельности жителей планеты. Наличие в воде даже малой концентрации таких элементов, как ртуть, кадмий, свинец и пр., токсично для человеческого организма.

Способы очистки воды

Современные технологии позволяют очищать воду, как для питьевых, так и для промышленных целей. Способов очистки множество. Какой из них наиболее эффективен, определяется по результатам анализов.

Получить чистую воду, и при этом не сомневаться в ее качестве, можно при использовании нескольких методов водоочистки.

Современные способы очистки воды

Механическую фильтрацию : она элементарна, так как заключается в «просеивании» воды через фильтр, частицы, которые больше диаметра каналов «сита», задерживаются в нем. Этот способ часто применяют в муниципальных системах.
Ионный обмен – сорбционная очистка, в основе которой лежит «замена» вредных ионов безвредными. При этом методе токсичные соли тяжелых металлов замещаются безопасными аналогами, благодаря ионообменным материалам. Этот способ также эффективен при смягчении жесткой воды и ее очистке от нитратов.
Обратный осмос подразумевает использование обратноосмотической мембраны, которая пропускает воду, но задерживает, находящиеся в ней примеси, причем, как вредные, так и полезные.
Дистилляция – нераспространенный метод очистки воды. Она подразумевает испарение влаги, после чего конденсируется без каких-либо примесей. Этот метод нерентабелен, хотя вода получается чистейшей.
Сорбция подразумевает поглощение примесей из воды сорбентами, этот процесс наблюдается в угольных фильтрах.

Сорбционные фильтры

Сорбционная очистка воды – эффективная и популярная технология. В качестве сорбента используются твердые тела, активированный уголь, доломит и пр.

Активированный уголь – универсальный и высокоэффективный сорбент, который способен задерживать молекулы загрязнителей. Его выпускают в гранулированном или дробленом виде. Так как фильтры с активированным углем не способны очищать от всевозможных загрязнений, их эффективность увеличивается добавлением ионообменных веществ. Это позволяет удалить из воды опасные загрязнения: нефтепродукты, тяжелые металлы, цисты бактерий, пестициды, асбест и пр.

Ионообменные и адсорбционные процессы способствуют проведению глубокой очистки вод от токсичных цветных и тяжелых металлов. Преимуществом метода ионного обмена считается:

возможность устранения насыщенности опасных для здоровья элементов;
экономия энергии;
исключена необходимость в дорогостоящих реактивах, растворы для регенерации получаются из недорогих и доступных веществ;
процесс очистки управляем;
степень концентрирования токсичных веществ дает возможность их утилизации.

Недостаток сорбционных фильтров – это то, что они становятся благоприятной почвой для размножения адсорбированных микробов. Обеззараживание воды и перезагрузка фильтра решают эту проблему.

Наше предложение

Концерн BWT – один из лидеров в области очистки воды, регулярно применяет на практике новые технологии и обеспечивает людей водой, которая продлевает жизнь и улучшает ее качество.

Среди продукции, которую предлагает компания, имеется несколько моделей фильтров с активированным углем, которые не только очищают воду, но и улучшают ее вкусовые качества.

Эффективные адсорбенты и сорбенты для очистки сточных вод от тяжелых металлов

Из-за сброса промышленными предприятиями неочищенных сточных вод в окружающую среду происходит серьезное ухудшение экологической обстановки.

Одними из самых опасных для здоровья человека, живых организмов и состояния экосистемы являются ионы тяжелых металлов (меди, цинка, хрома, кадмия, железа, никеля и пр.), а также их соединения, обильно содержащиеся в стоках промышленных предприятий (металлообработки и машиностроения, гальванических цехов, цветной и черной металлургии, шахтного и рудного производства, химической промышленности и т.д.).

Вследствие сложности, а иногда и невозможности полного выведения металлов из организма у человека и животных, задача по очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов является весьма актуальной.

В зависимости от того, куда направляются сточные воды предприятия (в водоем или городские очистные сооружения) устанавливаются предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязнений, в т. ч. металлов. Для достижения заданного ПДК очищаемого стока, на промышленных предприятиях создаются локальные очистные сооружения – ЛОС.

Как правило, основной объем тяжелых металлов извлекается на ЛОС из сточных вод методом нейтрализации (реагентной очистки) с последующим отстаиванием и обезвоживанием осадка. Обезвоженный осадок вывозится на полигоны. Нейтрализованная и осветленная в отстойнике сточная вода для достижения норм ПДК доочищается различными методами. Наиболее распространенные методы доочистки сточных вод:

Ионообменный, с применением ионообменных смол
Мембранный (фильтрование стока через керамические мембраны)
Сорбционный (фильтрование через сорбционные зернистые загрузки)

В основном ионообменный и мембранный методы доочистки сточных вод позволяют достичь ПДК тяжелых металлов. Тем не менее они имеют серьёзные ограничения и сложности:

Высокую чувствительность смол и мембран к качеству сточной воды. Проще говоря, смолу или мембрану легко испортить, если предварительная обработка стока (нейтрализация) «пропустила» лишние загрязнения.
Высокая стоимость мембран и ионообменных смол.
В результате регенерации/промывки смол и мембран образуются жидкие концентрированные отходы. Стоимость утилизации жидких отходов на полигонах существенно (зачастую на порядок) выше, чем твердых. Таким образом возникают дополнительные значительные расходы на выпаривание и утилизацию жидких отходов. Кроме того, не во всех регионах есть полигоны, способные принимать жидкие отходы.

Поэтому в случаях, когда требуется придерживаться строго заданного качества очистки сточных вод от тяжелых металлов можно достичь этого необходимо рассматривать сорбционный метод с применением различных сорбентов. При этом технологическое решение должно обеспечить:

– упрощение технологической схемы, конструкции и режима эксплуатации очистных сооружений;

– экологическую безопасность технологического процесса;

– повышение степени очистки стоков;

– универсальность и надежность;

– возможность максимальной автоматизации технологического процесса.

– уменьшение трудозатрат и прямых затрат на эксплуатацию

– минимизацию зависимости от человеческого фактора

Эффективные сорбенты и адсорбенты для очистки сточных вод

Одним из перспективных и интересных технологий в очистке стоков является применение сорбентов (адсорбентов), изготовленных из искусственных и природных материалов. Сорбция позволяет решать поставленные экологические проблемы и в то же время, относительно недорога и проста в применении.

Сорбционный метод относится к физико-химическим методам. Основные преимущества сорбции:

– хорошая управляемость процессом;

– очистка загрязнений разнообразной природы;

– отсутствие образования вторичных загрязнений.

Сорбционный метод заключается в сборе загрязняющего вещества из сточной воды в порах или на поверхности сорбента. Использование сорбентов таких как активированный уголь, природные материалы и т.д. наиболее целесообразно при низких концентрациях загрязняющих веществ. Для этого сточные воды предварительно проходят через реагентную очистку: кислые и щелочные стоки взаимно нейтрализуются, при необходимости применяются реагенты – едкий натр; известковое молоко; кальцинированная сода; соляная или серная кислоты, в результате обработки ионы тяжелых металлов переводятся в практически нерастворимые формы гидроксидов, которые затем отстаиваются и фильтруются.

Отдельно необходимо рассмотреть вопрос утилизации самой фильтрующей загрузки. Некоторые отработанные сорбенты не представляют серьезной опасности для окружающей среды. Поэтому их можно направлять на вторичную переработку. Например, добавлять в строительные материалы различного назначения (цемент, гипс, смеси для самовыравнивающихся полов). Подобный вид утилизации отработанных сорбентов не оказывает негативного воздействия на окружающую среду, поэтому он может рассматриваться как возможность не только снижения стоимости утилизации но и уменьшение себестоимости строительных смесей. Небольшие количества минеральных отработанных сорбентов не оказывают существенного влияния на механические и химико-физические свойства строительных материалов, но и придают им, за счет металлов содержащихся в сорбентах фунгицидную активность и большую прочность. Так, при внесении цеолитового туфа наблюдается увеличение сырцовой прочности кирпича до 80%.

Очень распространенным и эффективным сорбентом является активированный уголь. При этом следует иметь в виду, что активированный уголь является по сути материалом одноразового применения. Регенерация активированного угля возможна, однако она трудоемкая, дорогостоящая и в условиях круглосуточно работающих очистных сооружений неудобна. Для регенерации требуется выгрузить уголь из фильтра, активировать уголь в специализированном узле за пределами цеха очистных сооружений, далее необходимо привезти уголь обратно и загрузить в фильтр. Использование же активированного угля как одноразовой загрузки зачастую экономически нерентабельна.

Вследствие этого продолжаются исследования по разработке эффективных сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов, которые обладают высокой поверхностной активностью, способны длительный период очищать воду и регенерируются простой процедурой непосредственно в фильтре.

3.Решение проблемы очистки стоков от ионов тяжелых металлов –

алюмосиликатный адсорбент ГЛИНТ

Наиболее целесообразным является использование алюмосиликатных минералов в качестве основы для адсорбентов, т.к. это позволяет вводить в адсорбент разнообразные минеральные и органические добавки, задавая требования к поверхности адсорбента и необходимые свойства.

К преимуществам алюмосиликатных адсорбентов относится способность к катионному замещению (образно называемая «дефектность» кристаллической решетки). Благодаря сложно разветвлённой, слоистой структуре адсорбент легко принимает катионы загрязнений как в своей кристаллической решетке, в межплоскостных и межслоевых пространствах, так и в базальных плоскостях частиц. В качестве катионов обмена можно использовать соединения кальция и магния, легко переходящие в водную среду, т.к. они слабо связаны с поверхностью крупиц минерала.

Для решения вышеописанных задач был разработан активированный алюмосиликатный адсорбент ГЛИНТ.

В Санкт-Петербурге на базе ГУ «Городского лабораторного центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора» в 2004 году исследовалось, насколько эффективен адсорбент ГЛИНТ. Результаты подтвердили способность ГЛИНТА существенно уменьшать концентрацию ионов тяжелых металлов (кадмия, цинка, марганца, меди и хрома, железа, свинца, никеля и пр.) в водных растворах:

Особенности активированного алюмосиликатного адсорбента ГЛИНТ:

– при фильтровании pH сточной воды увеличивается до 9;

– возможность ионного обмена щелочных и щелочноземельных металлов (магния Mg 2+ , кальция Ca 2+ , натрия Na + );

– на поверхности зерна адсорбента возникает положительный ζ-потенциал;

– сорбционная активность к ионам тяжелых металлов восстанавливается регенерацией адсорбента непосредственно в фильтре.

В ходе производства адсорбента ГЛИНТ в межслоевом пространстве и узлах зерен адсорбента катионами кальция и магния (находящимися в составе активатора) замещается трехвалентный алюминий. Вследствие подобной модификации и активирования исходного сырья создается гранулированный адсорбент, образующий положительный электрокинетический потенциал и подщелачивающий воду.

Подщелачивание происходит благодаря оксидам кальция и магния, насыщающими адсорбент при его производстве. Оксиды магния и кальция в сточной воде образуют гидроксиды – за счет излишка анионов ОН – растет рН воды. При попадании в щелочную среду катионов тяжелых металлов, в результате реакции происходит образование труднорастворимых гидроксидов по следующей схеме:

Ме 2+ + 2ОН – = Ме(ОН)₂

Ме 3+ + 3ОН – = Ме(ОН)₃

Равновесие химического взаимодействия смещается в сторону создания труднорастворимых гидроксидов тяжелых металлов, т.к. произведение растворимости гидроксидов магния и кальция в десятки и в сотни раз больше произведения растворимости гидроксидов тяжелых металлов. К тому же, из алюмосиликатного адсорбента в сточную воду (благодаря слабости связей с кристаллической решеткой катионита) проникают обменные катионы кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ , также способствующие повышению щелочности среды (за счет избыточных анионов ОН – , в дальнейшем связывающие тяжелые металлы в труднорастворимые гидроксиды). Так происходит формирование мицелл гидроксидов тяжелых металлов (которые затем укрупнятся в агрегаты), образование и рост коллоидной структуры (вследствие работы сил электростатического взаимодействия между отрицательно заряженными мицеллами гидроксидов тяжелых металлов и положительно заряженной поверхностью зерен алюмосиликатного адсорбента).

В ходе сорбции активная часть адсорбента (катионы кальция и магния), редуцирующаяся в стоки, понемногу иссякает. Спустя некоторое время очистительная способность адсорбента настолько снижается, что концентрация ионов тяжелых металлов в отфильтрованной воде начинает превышать ПДК. Значит, пора активировать адсорбент – восполнить обменные катионы, ушедшие вместе с фильтратом.

Критерии подбора эффективного активатора для восстановления сорбционных свойств адсорбента:

Катион должен быть в ряду активности катионов выше магния и кальция;
Активация производится внутри фильтра, поэтому активатор должен растворяться в воде;
Катион должен обладать щелочными свойствами;
Катион должен быть доступным.

Путем проведения исследований был выбран катион натрия Na + в кальцинированной соде.

Эксплуатация ГЛИНТА на предприятиях подтвердила результат исследований. Очистительная способность алюмосиликатного адсорбента восстанавливается в течение 30-35 минут обработки (в режиме циркуляции с интенсивностью 3 л/с_*м 2 ) раствором кальцинированной соды (3-4%). Причем, независимо от срока эксплуатации адсорбента и количества циклов регенерации. 3-4%-й раствор кальцинированной соды может использоваться многократно.

Технология очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов активированным алюмосиликатным адсорбентом ГЛИНТ реализована на сотнях предприятий. Некоторые из них:

– ОАО «Северсталь», г. Череповец (стоки металлургического производства);

– ЗАО «Завод электротехнического оборудования», г. Великие Луки (стоки гальванического производства);

– АО «Импульс», г. Великие Луки (общезаводские сточные воды);

– ФГУП «Рязанский приборный завод», г. Рязань (стоки гальванического производства);

– Аккумуляторный завод «Электротяга», Санкт-Петербург (сточные воды гальванического производства);

– ОАО «Завод по выпуску алмазного инструмента», г. Томилино Московской области (общезаводские стоки);

– АО «Муромский радиозавод», г. Муром (сточные воды гальванического производства);

– ОАО «Ступинский металлургический комбинат», г. Ступино Московской области (промышленные стоки);

– «Ленинградский Электромеханический Завод», Санкт-Петербург (сточные воды гальванического производства);

– ОАО «Новая Эра», Санкт-Петербург (сточные воды гальванического производства);

– ОАО «Бологовский арматурный завод», г. Бологое Тверской области (промстоки);

– ОАО «ГОЗ «Обуховский завод», Санкт-Петербург (сточные воды гальванического производства);

– и на ряде других предприятий.

Например: в ОАО «Ступинская металлургическая компания» (г. Ступино Московской области) с 2000 г. загружены напорные фильтры (производительность 3500 м 3 /сут) активированным алюмосиликатным адсорбентом (пять фильтров по 16 м 2 ).

Состав загрязнений, поступающих на фильтры, мг/л:

– нефтепродукты до 20;

Состав полученного фильтрата соответствует значениям ПДК вредных веществ для водоемов рыбохозяйственного назначения. Регенерация адсорбента ГЛИНТ производится через 5-7 суток 3-процентным раствором кальцинированной соды. Износ адсорбента около 5% в год.

Выводы

Эксплуатация адсорбента ГЛИНТ на промышленных объектах подтверждает эффективность, надежность и экономическую целесообразность сорбционного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Адсорбционный метод очистки сточных вод гальванического производства

Сорбцией называют процесс поглощения твердым телом или жидкостью (сорбентом) какого-либо вещества из окружающей среды. Различают три основные разновидности сорбции – адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию.

Адсорбция – поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела или жидкости (адсорбента).

Абсорбция – поглощение какого-либо вещества из окружающей среды всей массой поглощающего тела (абсорбента). Абсорбция жидким абсорбентом какого-либо вещества из газовой смеси называется растворением. Абсорбция жидким абсорбентом какого-либо вещества из жидкой смеси называется экстракцией.

Хемосорбция – поглощение вещества поверхностью какого- либо тела (хемосорбента) в результате образования химической связи между молекулами вещества и хемосорбента.

Адсорбцию широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биологической очистки, значительно реже – для очистки от ионов тяжелых металлов. Использование адсорбции для удаления гетерогенных примесей экономически не оправдано и не практикуется. Блок адсорбционной очистки, как правило, включают в схему на заключительной стадии обезвреживания воды, когда из неё отстаиванием, фильтрацией, коагуляцией уже удалена основная масса взвешенных частиц, эмульгированных смол и масел, и вода освобождена от крупных мицелл коллоидных систем.

Адсорбционная очистка эффективна во всем диапазоне концентраций примесей в воде, однако более всего её преимущества сказываются на фоне других методов очистки при низких концентрациях загрязнений. Основные области применения адсорбционных процессов в очистке воды – подготовка питьевой воды и доочистка сточных вод.

При адсорбции из растворов происходит поглощение адсорбентом как молекул загрязнения, так и воды. Кроме того, при очистке водных растворов происходит конкуренция двух видов межмолекулярных взаимодействий: гидратация молекул загрязнителя, т.е. взаимодействие их с молекулами воды в растворе, и взаимодействие молекул загрязнителя с адсорбентом.

Конкуренция процессов гидратации и адсорбции молекул загрязнителя и адсорбции молекул воды лежит в основе разграничения сорбентов для удаления из воды органических и неорганических веществ. Для адсорбции органических веществ применяют углеродные пористые материалы – активные угли, дробленые материалы различного органического происхождения: уголь, кокс, топливные шлаки, сорбенты на основе целлюлозы и резины, синтетические полимеры. Полярные гидрофильные материалы – иониты, глины, силикагели, алюмогель, цеолиты, оксиды и гидроксиды для адсорбции органических веществ малопригодны, так как величина энергии взаимодействия их с молекулами воды равна величине энергии сорбции молекул органических загрязнений или превышает её. Эти гидрофильные материалы используют для удаления из воды неорганических соединений, присутствующих в ней, как правило, в ионной форме.

Использование угля в очистке воды гальванического производства

Наиболее универсальными из адсорбентов являются активированные угли. С их помощью возможно практически полное удаление из растворов почти всех органических соединений, а при определенных условиях и эффективная очистка воды от некоторых токсичных ионов неорганических веществ, в том числе ионов тяжелых металлов. Сорбционная емкость активированного угля по отношению к ионам тяжелых металлов значительно повышается в том случае, если уголь гранулируется, а затем на его поверхность наносится активный компонент, состоящий из тиолтриазинового производного. Для приготовления такого адсорбента гранулированный активированный уголь перемешивают в растворе или суспензии тиолтриазинового производного и доводят pH смеси до величины >3 в водной фазе.

В качестве сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод гальванических производств предлагается также использовать силикатный адсорбент, содержащий более 50 мас.% SiCh, например природный или синтетический цеолит. Обработку сточных вод проводят добавлением в неё цеолита при рН=5-9, образовавшийся осадок отделяют и высушивают. Вес адсорбента в осадке составляет 10-50 мас.%. Перед обработкой сточных вод цеолит хорошо измельчают для увеличения поверхности его контакта с жидкостью.

Использование адсорбентов

Для извлечения простых или комплексных ионов тяжелых металлов из сточных вод можно использовать адсорбент, получаемый путем нагревания органического гумуса (предпочтительно смешанного с поливинилацетатом или желатином) при 200-250 °С в течение 1 ч в присутствии формальдегида или его производных (параформальдегида, гексаметилентетрамина и др.). В качестве источника органического гумуса предлагается использовать продукт ферментативного разложения избыточного активного ила, образующегося в результате биохимической очистки сточных вод. Поливинилацетат или желатин от 1 до 50 мас.ч. на 100 мас.ч. гумуса являются связующими компонентами. Формальдегид или его производные используются в количестве 0,1-10 мас.ч. на 100 мас.ч. гумуса, причем наиболее предпочтительно применять их в виде водного раствора.

Удаление солей тяжелых металлов из сточных вод может быть осуществлено при смешении этих вод с порошкообразным неорганическим материалом и ПАВ с последующим обжигом полученной смеси при 1000-1300 °С. В качестве порошкообразного неорганического материала может быть использована глина, тальк или каолин. В результате такой обработки образуется твердый продукт, не выделяющий тяжелых металлов при выщелачивании. Так, водный раствор, содержащий 100 мг/л хрома (VI), обрабатывают смесью, состоящей из 93-94 мас.% глины, 5 мас.% бентонита (в качестве связующего) и 1-2 мас.% ПАВ. После фильтрации и сушки при комнатной температуре твердый продукт покрывают глазурью и подвергают обжигу при 1230 °С в электропечи. Полученный материал не выделяет хрома при контакте с водой.

В качестве адсорбента для очистки промывных хром содержащих вод предложено использовать фильтр с активированным углем. Сточные воды предварительно подкисляются до pH 1,5-2,0. Скорость фильтрации и pH среды меняются в зависимости от содержания Сг 6+ и составляют соответственно 7 м/ч и pH 2 при концентрации Сг 6+ до 5 мг/л и 0,1 м/ч и pH 1 при концентрации Сг 6+ до 150 мг/л. Регенерацию адсорбента производят раствором серной кислоты. При регенерации адсорбента 15 %-ным раствором NaOH элюат содержит ион СгС>4 2 ‘ в виде Na2Cr04. После регенерации адсорбент отмывают водопроводной водой до pH 7-8.

Очистка сточных вод на гранулированных сорбентах проводится в адсорберах с плотным, взрыхленным, движущимся и псевдоожиженным слоем. Одно- и многослойные адсорберы с плотным слоем гранулированного активного угля работают с восходящим и нисходящим потоками воды, по параллельной и последовательной схемам.

Сорбцию загрязнений на пылевидных сорбентах ведут либо в аппаратах с перемешиванием воздухом или мешалкой, либо на намывных фильтрах. Во всех случаях могут применяться одна или несколько последовательных ступеней с неограниченным числом параллельных технологических линий.

На рис. 4.13 представлена принципиальная схема адсорбционной очистки сточных вод.

Рис. 4.13. Принципиальная схема сорбционной очистки сточных вод:

1-накопитель стоков, 2-насос, 3-механический фильтр, 4-адсорбер, 5-дозатор кислоты (pH 1,5-2,0 для очистки от ионов хрома).

Сорбенты для очистки воды от ионов тяжелых металлов

Вода, пригодная для употребления в качестве питьевой, является стратегическим ресурсом, обеспечивающим жизнедеятельность человека. Общие мировые запасы питьевой воды составляют всего около 4% от всех ресурсов воды на планете. Этим объясняется большой интерес, проявляемый во всем мире к разработке способов очистки воды.

Свободные радикалы в хлорированной воде весьма своеобразны. Они обладают длительным временем жизни, и исчезают лишь после отстаивания воды в течение 2-3 дней. Они не устраняются при кипячении воды и лишь слабо задерживаются обычными бытовыми фильтрами. Регулярное потребление содержащей свободные радикалы воды значительно повышает нагрузку на защитные системы организма, которые со временем постепенно теряют свою эффективность [42].

Производственные отходы, сбрасываемые в окружающую среду, приводят к серьезным последствиям, поскольку при этом происходит нарушение экологического равновесия. Для сохранения привычных условий жизни, а также, чтобы не причинить ущерба последующим поколениям, необходимо совершенствовать существующие методы обезвреживания производственных отходов и разрабатывать новые способы очистки сточных вод [43].

Несмотря на повышающиеся требования к степени очистки сточных вод и большие капиталовложения в очистные сооружения ежегодное увеличение степени загрязненности водоемов в Казахстане составляет 4-5% [44]. Примеси, содержащиеся в сточных водах, причиняют серьезный ущерб водным ресурсам РК. С одной стороны, затрудняется получение питьевой и технической воды, с другой - загрязняется имеющая большое значение для человека водная среда. В настоящее время в воде большинства рек Казахстана наблюдается высокое содержание ионов тяжелых металлов. Ионы тяжелых металлов накапливаются в цепочке питания от микроорганизмов до ракообразных и рыб и, таким путем, могут оказывать вредное влияние на организм человека [45].

Известно большое количество научной и патентной литературы по очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и радиоактивных веществ. Ниже приведем и прокомментируем часть из них.

В зависимости от степени загрязнения применяют различные способы очистки воды в соответствии с ее предполагаемым использованием, но в любом случае пригодность воды для хозяйственно-питьевых нужд определяется действующим стандартом. Требования ГОСТ 2874-82 к химическому составу воды включают 20 показателей для веществ, встречающихся в природных водах [46]. При этом одна группа показателей призвана обеспечить безопасность воды для здоровья населения, другая - не допустить нарушения органолептических свойств воды. Основное количество питьевой воды для обеспечения населения города получают из рек и других естественных водоемов. Однако, вследствие неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду состояние водоемов таково, что вода повсеместно становится экологически опасной для человека [47].

Для очистки производственных сточных вод применяют в зависимости от состава их загрязнений и требований к качеству очищаемой воды методы механической, биохимической, физико-химической, химической обработки и др. Очистка сточных вод на углях-сорбентах представляет самостоятельный технологический процесс, часто применяемый в комплексе с другими (коагуляцией, флотацией, фильтрованием и т.п.). Адсорбцию используют для удаления из сточных вод трудно окисляемых и специфических органических загрязнений. Она внедряется при неприменимости или неэффективности биохимической очистки стоков, особенно при создании замкнутых систем предприятий [48].

В работе [49] проведены расчет значений растворимости гидроксидов Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ и Cr 3+ и сравнение полученных минимальных значений с ПДК для водоёмов различного назначения. Ионы именно этих металлов содержатся в сточных водах предприятий, имеющих цеха гальванопокрытий и осуществляющих очистку вод реагентным методом. Реагентный метод очистки сточных вод, основанный на осаждении гидроксидов тяжёлых металлов, следует принять малоэффективным.

Замена биохимической очистки на физико-химическую обработку, включая сорбцию, в 3-6 раз сокращает площадь очистной станции, при этом удаляется 90-95% загрязнений. Внедрение физико-химической очистки с адсорбцией на углях вызвано не только экономическими соображениями, но и необходимостью получения глубоко очищенной воды [50].

Наиболее эффективна адсорбционная обработка слабо концентрированных растворов, когда требуемая очистка воды достигается введением наименьшего количества сорбента. Обширны и перспективны области применения адсорбционного метода очистки сточных вод с утилизацией сорбата. Обычно утилизация часто осложняется из-за соосаждения на сорбенте не одного, а большинства загрязнений из воды. Ценность же такой смеси значительно ниже, чем чистого продукта [51].

Реальные сточные воды представляют не чистые стабильные растворы, а гетерогенную смесь растворенных, коллоидных и взвешенных в воде примесей органического и неорганического характера, многие из которых нестабильны, окисляются, выкристаллизовываются и осмоляются. Адсорбционная обработка целесообразна именно как конечная операция, после механической и других более простых и дешевых видов очистки от грубодисперсных, коллоидных и части растворенных примесей. Обычно оптимальная последовательность процессов физико-химической очистки следующая: коагуляция - отстаивание (флотация), фильтрование - адсорбция [51; 52].

Известен способ получения сорбентов [53; 54] для извлечения радионуклидов и тяжелых металлов из водных растворов. Он заключается в измельчении полисахаридсодержащего сырья, его ферментативном гидролизе и термообработке.

Применение глин с полиакриламидом, полибензилтриметиламмонием для удаления ионов тяжелых металлов запатентовано в США [55]. Японские исследователи [56] для достижения высокой степени очистки предложили сточные воды, загрязненные ионами цинка, меди, кадмия, хрома, ртути, обрабатывать сульфидом железа, а затем глиной с полиакриламидом. Для предотвращения загрязнения подземных вод в настоящее время ложе и боковые стенки прудов - накопителей сточных вод промышленных предприятий принято изготавливать из антифильтрационных композиций, в состав которых обязательно входят глинистые минералы [57].

В Японии, США и других странах большое внимание уделяется применению для очистки воды от ионов тяжелых металлов отработанных алюмосиликатных катализаторов и сорбентов. В работах [58; 59] показано, что карбонизацией при 400-500°С глины, отработанной в процессе очистки масел, получен сорбент с удельной поверхностью 40-50 м 2 /г, который эффективно удаляет из сточных вод ионы ртути, цинка, кадмия, меди.

Данные, полученные в работах [60; 61], свидетельствуют о том, что цеолиты проявляют достаточно сильное сродство к ионам Zn 2+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ . Эти катионы эффективно извлекаются глиной из питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий. Цеолиты регенерируют растворами кислоты или щелочи.

Для избирательной сорбции тяжелых металлов (Hg, Cd, Cr, Pb, Cu) из сточных вод, содержащих также катионы щелочных и щелочноземельных металлов, предложен порошкообразный активированный феррит, сорбционная емкость которого в 1000 раз превышает таковую у магнетита; регенерируется этот сорбент соляной кислотой. Упомянутые и сходные с ними предложения отражают наличие широких возможностей использования местных материалов и отходов для очистки воды сорбционными методами [63]. Обработкой местных глин, можно получить высокоэффективный сорбент, который будет использован для очистки технологических вод предприятий.

Очистка сточных вод промышленных предприятий адсорбционным методом позволяет полностью обеспечить не только удаление вредных примесей, но и утилизацию наиболее ценных компонентов. Эффективность адсорбционного метода [64], прежде всего, определяется свойствами используемого в нем адсорбента, в том числе его пористой структурой, характеристиками поверхности и механической прочностью, которые дают возможность достичь высокой степени очистки и многократного использования адсорбента. Немаловажное значение при этом имеет его себестоимость.

Адсорбционные свойства углеродных адсорбентов – графитов, саж, активных углей, углеродных волокон и мембран обусловлены особенностями их строения – размерами кристаллов углерода в скелете адсорбента, структурой аморфного углерода, химическими соединениями углерода с другими атомами, в основном, с кислородом и водородом, а также степенью шероховатости поверхности и структурой пор [65].

В работах 66 показана возможность очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов химически модифицированным торфом. Модифицирование торфа, достигаемое довольно просто при использовании достаточно дешёвых и легкодоступных реагентов, увеличивает количество ионогенных групп, в основном, за счёт образования сульфогрупп. Торф сохраняет структуру растительных волокон. Перед пропусканием через колонку с химически модифицированным торфом концентрация растворенных солей свинца в сбрасываемой в городскую канализацию воды доходила до 100 мг/л, что в 1000 раз превышает предельно-допустимую. Статическая объёмная ёмкость возрастает в ряду (мг – экв/г): Zn – 3,2; Cu – 3,6; Cr – 4,4; Ni – 4,5 [69]. Более высокая сорбируемость ионов этих металлов по сравнению с ионами свинца объясняется тем, что их сорбция осуществляется не только за счет ионообменного (электростатического) взаимодействия, но и за счёт координационного взаимодействия, которое особенно выражено в случае ионов хрома и никеля [63].

Настоящая работа является логичным продолжением исследований, выполнявшихся в лаборатории наноуглеродных материалов Института проблем горения (Казахский национальный университет им. аль-Фараби) под руководством доктора химических наук Р.М. Мансуровой. Ранее были изучены углеродсодержащие материалы, полученные в результате процессов карбонизации растительного (абрикосовые и виноградные косточки, скорлупа грецкого ореха, тростник, древесина тополя) и зауглероживания минерального сырья (Тонкерийские, Чиликские, Нарынкольские, и Сарыозекские глины) 70. Так, например, было показано, что сорбционная ёмкость Чиликской глины, зауглероженной совместно с Тургайским шламом, составляет 202 мг-экв/г. При этом степень очистки воды от ионов свинца достигает 85,2%, ионов меди – 94,4%, а ионов никеля – 98,4%. В случае карбонизованного растительного сырья наблюдается следующая картина: при концентрации ионов металлов в воде от 9 до 7 мкг/мл степень сорбции свинца карбонизованной скорлупой грецкого ореха достигает 93%, никеля – 68%, кадмия – 70%, а кобальта – 83% [70].

Очистка воды от тяжелых металлов

Каждый из нас на уроках химии проходил тему тяжелых металлов и немного знаком с ним. Микроэлементы, такие как кадмий, алюминий, барий, свинец, ртуть, медь, цинк, необходимы для нормальной работы организма. Однако повышенное содержание солей тяжелых металлов в питьевой воде приводит к их накапливанию в живых организмах.

Очистка питьевой воды от тяжелых металлов

Тяжелые металлы попадают в воду двумя способами:

Природным. Земная кора содержит огромное количество химических элементов. Их концентрация в верхних слоях зависит от географического и геологического факторов. Грунтовые воды, проходящие через различные горные породы, растворяют в себе эти соединения. В воздухе также присутствуют вредные взвешенные вещества, которые при определенных погодных явлениях (дождь, снегопад, гроза) попадают в верхние слои литосферы и гидросферы.
Антропогенным. Открытие нефти, появление первых фабрик и заводов, развитие промышленности быстрыми темпами привели к увеличению стоков, насыщенных загрязняющими веществами, в том числе и тяжелыми металлами. Пищевая промышленность, ТЭЦ, химические предприятия, гальваническое производство, переработка и добыча нефтепродуктов, использование удобрений в аграрном хозяйстве - все это наносит непоправимый вред живым организмам. Каждый год человечество отравляет природу продуктами своей жизнедеятельности. Но сказывается ли это на жизни людей?

Влияют ли тяжелые металлы на живые организмы

Человек не может прожить без воды более 3-х суток. Каждый день необходимо выпивать до 2 литров воды в день. Но какой будет эффект, если ежедневно употреблять воду, насыщенную разными загрязнителями?

Тяжелые металлы, растворенные в воде, попадает в организм человека через пищевые цепи или путем попадания внутрь с питьевой водой. Каждый элемент аккумулируется в определенном органе (печень, почки, костные ткани и т.п.) и приводит к нарушению его работы, а значит и функционированию всего организма. Токсичный эффект ксенобиотиков сохраняется на протяжении долгого времени. Поэтому очень важно не допустить накапливание ионов тяжелых металлов в своем организме.

Основные способы и методы очистки воды от тяжелых металлов

Развитие области водоподготовки не стоит на месте, появляются новые технологии очистки воды от ионов тяжелых металлов. Для того, чтобы правильно подобрать оборудование для удаления тяжелых металлов из воды нужно провести химический анализ воды. Как самостоятельно отобрать пробы Вы можете узнать здесь. Наиболее доступные и эффективными являются следующие методы удаления из воды ионов тяжелых металлов:

Обратноосмотическая установка. Очистка воды от солей тяжелых металлов происходит на специальных мембранах, которые задерживают ионы различных солей. С помощью этой системы очистки воды от сульфатов и тяжелых металлов происходит разделение исходной воды на очищенную и загрязненную. Чистая вода подается потребителю, а концентрированный раствор уходит в дренаж.

Для очистки воды в промышленности от тяжелых металлов, Мы разрабатываем промышленный обратный осмос различной производительности (до 50 м3/ч). Такая установка очистки природных вод от тяжелых металлов позволяет получать очищенную воду в непрерывном режиме и удаляет весь комплекс загрязняющих веществ.
Если Вы обнаружили тяжелые металлы в воде из своей скважины или колодца и вам необходима очистка воды от них, Мы советуем приобретать бытовую установку очистки воды от ртути, свинца и кадмия на основе обратного осмоса AP-600. Эта 5-ступенчатая установка прекрасно справляется с проблемой грязной воды в доме.

Фильтры для очистки воды от солей тяжелых металлов на основе ионообменных смол. Вода поступает на систему фильтрации, где прогоняется через фильтрующую среду. Однако, если в вашей воде растворено большое количество разных тяжелых металлов, такой способ реагентной очистки воды от тяжелых металлов будет не эффективным. Ионообменная смола подбирается индивидуально под каждый тип загрязняющего вещества и очищает воду только от него.

Установка электродиализа. Принцип работы основан на прохождение потока воды через мембраны под действием электрического тока. В процессе химической реакции токсичные вещества оседают на стенках мембран, которые способны пропускать только положительно или отрицательно заряженные элементы (анионы уходят к аноду, катионы к катоду). Такой способ очень дорогой и используется в редких случаях.

Почему клиенты доверяют нам

Компания Diasel Engineering на рынке с 2013 года. За это время мы изучили эту отрасль и можем Вам гарантировать качественное и надежное обслуживание при очистке воды от тяжелых металлов.

Мы подберем различные варианты сорбентов для очистки воды от тяжелых металлов, которые будут наиболее эффективны для решения Вашей проблемы, а уже завтра Вы сможете наслаждаться чистой водой в своем доме или на промышленном предприятии.

В наличии большой выбор установок обратного осмоса и ионообменных фильтров для очистки промышленных вод от тяжелых металлов.

Читайте также: