Очистка сточных вод природными сорбентами

ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 622.793.5

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРИРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ

Н.Д. Левкин, Н.Н. Афанасьева, А.А. Маликов, В.Л. Рыбак

Представлены результаты исследования эффективности очистки для фильтрата твердых отходов от ионов тяжелых металлов с использованием природных сорбентов. При отсутствии надежных защитных устройств тяжелые металлы поступают в почву, поверхностные и подземные воды, оказывая существенное воздействие на окружающую среду.

Ключевые слова: полигоны твердых отходов, загрязнение, природные воды, сточные воды, фильтрат, окружающая среда, тяжелые металлы, природные сорбенты.

Основным источником загрязнения территорий, окружающих полигоны твердых бытовых отходов, является фильтрат, образующийся в теле полигона и представляющий собой сложный насыщенный высокоминерализованный водный раствор различных загрязнителей, среди которых особо следует выделить фракцию тяжелых металлов. При отсутствии надежных защитных устройств тяжелые металлы поступают в почву, поверхностные и подземные воды, оказывая существенное воздействие на окружающую среду [1-2].

Большинство тяжелых металлов, поступающих с фильтратом во внешнюю среду, помимо своей токсичности способны аккумулироваться в организме человека, вызывая выраженные мутагенные, эмбриотоксические и канцерогенные эффекты [3]. Практическое использование известных технологий удаления из стоков тяжелых металлов на существующих полигонах, как правило, оказывается недостаточно эффективным.

Анализ существующих в настоящее время методов очистки природных и сточных вод от тяжелых металлов показал, что одним из перспективных является сорбционный метод с использованием в качестве сорбентов природных неорганических материалов.

Для изучения возможности очистки сточных вод полигона ТБО от тяжелых металлов методом сорбции нами были проведены экспериментальные исследования сорбционной способности местных природных известковых материалов (известняка и доломита) т Экспериментальным путем изучали закономерности сорбционного поглощения ионов Cu2+, 7п2+, и Мп2+. В качестве сорбентов использовали известняковую и доломитовую муку фракции 0,3 мм.

Лабораторные эксперименты проводили в статических условиях с водными растворами солей металлов при концентрации 0,05-0,2 г/л, t = 20 0С. Навеска сорбента составила 1 г на 20 мл раствора. Содержание ионов ТМ в порошковых пробах известняка и доломита в зависимости от времени отстаивания модельных растворов определяли рентгенофлуоресцент-ным методом согласно аттестованной методике [4]. Активность сорбентов (известняка и доломита) оценивали по величине сорбционной емкости, т.е. количеству ионов ТМ, поглощенных единицей массы сорбента [5].

Полученные в результате проведенных экспериментальных исследований изотермы сорбции тяжелых металлов природными сорбентами представлены на рис. 1, 2. Для исследуемых сорбентов наблюдается увеличение сорбционной емкости при возрастании концентрации ионов тяжелых металлов в исходном растворе.

Исходная концентрация ионов ТМ, мг/л

Рис. 1. Изотермы сорбции ионов ТМ известняком

Рис. 2. Изотермы сорбции ионов ТМ доломитом

Сравнительный анализ результатов сорбционной способности известняка и доломита на модельных растворах показал, что сорбционная ёмкость известняка существенно превышает аналогичную характеристику доломита: для Си2+ в 1,5 раза, для 7п2+ в 1,4 раза и для Мп2+ в 5,9 раз (рис. 3).

Степень очистки раствора, %

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

Изв естняк

Доломит

Марганец

Рис. 3. Сравнение сорбционной способности исследуемых природных сорбентов

С целью изучения возможности использования природных сорбентов для очистки сточных вод полигона ТБО нами была проведена серия экспериментальных работ по исследованию сорбции ионов тяжелых металлов из реальных фильтрационных стоков тульского полигона.

Для экспериментов были использованы образцы сточных вод полигона ТБО г. Тулы с концентрацией марганца 1,4-3,6 мг/л, меди 1,0-1,5 мг/л

и цинка 1,6-3,0 мг/л. Экспериментальные исследования сорбционной способности известняка и доломита в реальных стоках по отношению к ионам тяжелых металлов проводили аналогично предыдущим исследованиям с модельными растворами.

На рис. 5, 6 представлены результаты проведенных экспериментов в виде графических зависимостей концентрации тяжелых металлов от времени контакта раствора с сорбентом (на примере образца фильтрата с исходной концентрацией марганца 3,7 мг/л, цинка 2,3 мг/л и меди 1,5 мг/л).

Время, час

Рис. 4. Кинетика сорбции ионов марганца природными

сорбентами

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Время, час

Рис. 5. Кинетика сорбции ионов цинка природными сорбентами

Время, час

- Известняк Доломит

Рис. 6. Кинетика сорбция ионов меди природными сорбентами

Сравнение результатов показало, что в реальных стоках при одинаковых условиях сорбции марганец более чем в 2 раза и медь в 1,15 раза лучше сорбируются на известняке, тогда как цинк в 1,2 раза лучше сорбируется на доломите.

Результаты проведенных экспериментальных работ позволяют предложить исследуемые природные неорганические материалы, и в первую очередь известняк, для очистки сточных вод полигонов ТБО от тяжелых металлов.

Список литература

1. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Воробьев С.А. Методика прогнозирования экологических последствий подземной добычи угля в России. Горный журнал. 2014. №9. С. 138-142.

2. Качурин Н.М., Воробьев С.А., Факторович В.В. Теоретические положения и модели воздействия на окружающую среду подземной добычи полезных ископаемых. Изв. ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 3. С. 126 - 134.

3. Ершов Ю.А., Плетенева Ю.А. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М.: Медицина, 1989. 272 с.

4. Методика выполнения измерений массовой концентрации ванадия, висмута, железа, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, хрома, цинка в питьевых, природных и сточных водах рентгенофлуоресцентным методом после концентрирования на целлюлозных ДЭТАТА-фильтрах. СПб.: Спектрон, 1997. 11с.

5. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия. 1982. 168с.

Лёвкин Николай Дмитриевич, д-р техн. наук, доц., зав. кафедрой, ecmon@mail.ru, Россия, Тула, ГОУ«Учебно-методический центр по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям Тульской области»,

Афанасьева Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доц., galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, galina stas @,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Рыбак Владимир Львович, аспирант, ecology@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TREATMENT OF WASTE WATER BY NATURAL SORBENTS N.D. Lyevkin, N.N. Afanaseva, A.A. Malikov, V.L. Ribak

Results of researching environmental efficiency by cleaning solid wastes filtrate from heavy metals ions with using natural sorbents were submitted. Heavy metals migrate into soil, surface and underground waters making influence upon environment if reliable technical protection devices are absent.

Key words: refuse dump, polluting, natural waters, waste waters, filtrate, environment, heavy metals, natural sorbent.

Lyevkin N.D., Doctor of Technical Science, Docent, Head of Department, ecmon@mail.ru, Russia, Tula, State Educational Institution "Learning and Teaching Centre of Civil Defense and Emergency Situations of Tula region",

Afanaseva N.N., Candidate of Technical Science, Docent, galina_stas@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Malikov A.A., Doctor of Science, Full Professor, Head of a Department galina stas @,mail.ru, Russia, Tula City, Tula State University,

Ribak V.L., Post Graduate Student, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University