Очистка сточных вод от ионов никеля с использованием гидрозолей монтмориллонита

ЯНВАРЬ № 1

43

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ НИКЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОЗОЛЕЙ МОНТМОРИЛЛОНИТА

Е.В. Ганебных

PURIFICATION OF SEWAGE BY REMOVING OF NICKEL IONS USING HYDROSOLS OF MONTMORILLONITE

E.V. Ganebnykh ФГУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, г. Екатеринбург

В статье предложен метод очистки сточных вод предприятий от соединений тяжелых металлов на примере процесса выделения катионов никеля с помощью коллоидных сорбентов. В качестве сорбентов использованы природные и модифицированные монтмориллониты, для которых были получены изотермы адсорбции ионов никеля, вычислены константы адсорбционного равновесия и величины емкости адсорбционного слоя. Продемонстрирована эффективность сорбции ионов никеля на модифицированных гидрозолях монтмориллонитов.

In this article we propose a method for purification of industrial sewage by removing of heavy metal compounds on the example of nickel ions sorption process by the colloid sorbents as an example. The studied sorbents include natural and modified montmorillonites. these were used to obtain adsorption isotherms and to calculate the adsorption equilibrium characteristics and the capacity values of the adsorption layer. the efficiency of immobilization of nickel ions by their sorption with modified montmorillonite hydrosols was demonstrated.

Потребность в тщательной очистке сточных вод очевидна, поскольку риск для окружающей среды и здоровья населения существенно повышается при попадании сточных вод в поверхностные и подземные

воды. Одним из источников негативного влияния на здоровье человека является повышенное содержание в воде микрокомпонентов, в частности, соединений тяжелых металлов.

44

ЗНиСО

ЯНВАРЬ №1

Способность тяжелых металлов к биоаккумуляции, а также высокая токсичность их ионных форм связана с их высокой физико-химической активностью (образованием комплексных соединений с органическими веществами) и биологической активностью (участие в процессах метаболизма). Никель входит в число опасных элементов, поступление которого в водные объекты должно строго контролироваться [1].

Среди существующих технологий извлечения ионов металлов наибольшее распространение получили сорбционные методы. Достоинство этих методов — в возможности удаления соединений металлов независимо от их устойчивости до низкой остаточной концентрации, возможности автоматизации процесса, удобстве контроля за процессом очистки, отсутствии вторичного загрязнения очищенной воды.

Среди большого разнообразия сорбентов следует выделить неуглеродные глинистые сорбенты (вермикулит, каолинит, диатомит, монтмориллонит и другие). Они обладают сравнительно высокой емкостью и избирательностью сорбции.

Ранее нами была показана возможность извлечения катионов меди (II) из модельных растворов при помощи коллоидных глинистых сорбентов, в качестве которых были использованы модифицированные и немодифи-цированные гидрозоли монтмориллонитов, составляющих основу бентонитовых глин [2].

В настоящей работе продолжены исследования образцов гидрозолей бентонитов Черкасского и Зырянского месторождений. С целью увеличения сорбционной емкости сорбенты природного происхождения были обработаны модификаторами для образования с катионами металлов малорастворимых или комплексных соединений [4].

Концентрация дисперсной фазы в модифицированных и немодифицированных гидрозолях составляла 50 г/дм3. В качестве объекта исследования использовали водные растворы сульфата никеля (II) с концентрацией от 2 до 40 мг/дм3 по катиону в интервале рН 7,0—9,5 модельных растворов. Для природных и модифицированных монтмориллонитов были построены изотермы адсорбции и найдены константы адсорбционного равновесия и величины емкости адсорбционного слоя.

Вид изотермы сорбции зависит от показателя рН раствора, т. к. наряду с сорбционными процессами, протекает процесс гетерокоагу-ляции образующихся частиц гидроксидов металлов с высокоразвитой поверхностью монтмориллонита.

Концентрация гидроксида №(ОН)2 возрастает с ростом рН и увеличением исходной концентрации металла в растворе. При рН > 8,5 гидроксид никеля полностью отсутствует, и весь никель находится в ионном виде (N12+ и №ОН+) (рис. 1). С ростом рН наблюдается увеличение значения максимальной адсорбции для всех исследуемых образцов бентонитов.

Процентное содержание, % 100,0

1 - №2+

2 - №ОН+

3 - №(ОН)2

10 11 3 —**— 4

рН

2

Рис. 1. Диаграмма распределения форм никеля в зависимости от величины рН

ЯНВАРЬ № 1

45

Для получения изотерм сорбции в модельный раствор сульфата никеля при интенсивном перемешивании вносили гидрозоль бентонита (100 мг/дм3 по твердой фазе), и через 30 мин. медленного перемешивания твердую фазу отделяли центрифугированием. Модельные эксперименты проведены на кафедре Физической органической химии и нанотехнологии Уральского государственного лесотехнического университета. Анализ остаточного содержания никеля в растворе проводился в аккредитованной испытательной лаборатории Екатеринбургского медицинского научного центра в отделе ФХМИ с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра ЛЛС-6650 корпорации 8Ышаё2и (Япония) с пламенной атомизацией по ПНД Ф 14.1:2:4.139—98 «Методика выполнения измерения массовых концентраций железа, кобальта, марганца, меди, никеля, серебра, хрома и цинка в пробах питьевых, природных и сточных вод методом атомно-абсорбционной спектрометрии».

Для описания процесса мономолекулярной адсорбции катионов металла с помощью коллоидных сорбентов в исследуемой области рН использовали уравнение Лэнгмюра:

Л = Л„

К • С 1 + К • С

, где

А — величина адсорбции, мг/г;

Ах — емкость адсорбционного слоя, мг/г;

К — константа адсорбционного равновесия, дм3/мг;

С — равновесная концентрация в объеме, мг/дм3.

После приведения изотермы сорбции Лэнгмюра к линейному виду в координатах С / С/А графоаналитически были определены значения величин емкости адсорбционного слоя А¥ и констант адсорбционного равновесия К. Результаты обработки изотерм сорбции лучших модифицированных образцов монтмориллонита в сравнении с немодифициро-ванными образцами представлены в табл. 1.

Таблица 1. Константы уравнения Лэнгмюра для процесса сорбции катионов никеля

на изученных монтмориллонитах

Сорбент—реагент Модификатор А¥, мг/г К, дм3/мг

6,0 Нет 35 1,5

7,0 Нет 40 0,8

6,18 НМ-1 50 0,3

7,2 НМ-2 95 0,2

6,27 НМ-3 180 0,1

Из данных таблицы видно, что модификация монтмориллонита позволяет значительно увеличить емкость адсорбционного слоя. Максимальное значение адсорбции по никелю при концентрации исходного раствора 35,00 мг/л показал образец 6.27 (140 мг/г в пересчете на массу твердого сорбента). Данный образец был выбран для дальнейших исследований сорб-ционных свойств на промышленных сточных

водах предприятия ОАО «Уралэлектромедь». По результатам эксперимента видно более чем 10-кратное улучшение степени очистки от ионов никеля по сравнению с действующей технологией (табл. 2).

Таким образом, результаты исследований показали высокую эффективность использования модифицированных монтмориллонитов в качестве сорбентов для извлечения ионов

Таблица 2. Результаты обработки сточной воды ОАО «Уралэлектромедь»

Способ обработки Реагент рН N1, мг/дм3

Исходная вода — 8,0—10,0 0,1—0,4

Очистка по действующей технологии известь 9,8 ± 0,1 0,22 ± 0,08

Фильтрация с последующим центрифугированием 6.27 8,2 ± 0,1 < 0,015

Контактное осветление (кварцевый песок) 6.27 8,6 ± 0,1 < 0,015

46

ЗНиСО ЯНВАРЬ №1

никеля (II) как на модельных растворах, так и на реальных сточных водах. Ведутся дальнейшие исследования по внедрению полученных модифицированных сорбентов в существующие технологические схемы очистки сточных вод промышленных предприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Венецианов Е.В., Лепихин А.П. Физико-химические основы моделирования миграции и трансформации тяжелых металлов в природных водах. Екатеринбург: РосНИ-ИВХ, 2002. 236 с.

2. Ганебных Е.В., Макаренко Н.П., Свиридов В.В., Свиридов А.В. Применение модифицированных гидрозолей монтморил-

лонитов для очистки сточных вод от ионов меди //Матер. I конф. молодых ученых и специалистов ФГУН ЕМНЦ ПОЗРПП «Актуальные проблемы гигиены и профпа-тологии», 5—6 июня 2008 г., Екатеринбург, 2008. С. 21—27.

3. Климова Г.М., Тарасевич Ю.И. Поглощение из воды ионов тяжелых металлов сорбентами на основе слоистых силикатов, модифицированных полифосфатами //Химия и технология воды. 1992. Т. 14, № 12. С. 929—934.

4. Назаренко В.А., Антонович В.П., Невская Е.М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах. М.: Атомиздат, 1979. 192 с.