Очистка сточных вод от тяжелых и радиоактивных металлов

УДК 612.246.03:615.214.24:547.854.5].099.084

Е.А. Комягин, Ю.М. Аверина, О.В. Кацерева, Р.Б. Комляшов, Р.А. Куреиков, А.А. Труберг, Г.В. Терпугов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ

In this work was observed a new technology of water treatment using ceramic and carbon membranes and different complexforming compounds (CF compounds) to recover from natural and waste waters ions of heavy, radioactive and rear elements . As a complexforming compounds (CF compounds) mainly natural complexforming compounds (CF compounds), for example, guanine compounds and waste water from cellulose-paper manufacture was examined, Received results permit selectively recover a number of heavy metals and radioactive elements and make a calculation to forecast a recovering of another complexforming compounds (CF compounds) which wasn't examined in this work.

В настоящей работе рассмотрена новая технология обработки воды с использованием керамических и углеродных мембран и различных комплексообразователей (КО) для извлечения из природных и сточных вод ионов тяжелых, радиоактивных и редких элементов. В качестве комплексообразователей (КО) рассматривались в основном комплексообра-зователи(КО) природного происхождения, например, гуминовые соединения и сточные воды производства целлюлозы. Полученные результаты позволяют селективно извлекать целый ряд тяжелых металлов и радиоактивных элементов и провести расчет по прогнозированию извлечения комплексообразователями(КО) других, не исследованных в данной работе, элементов.

Одним из кардинальных путей глубокого извлечения различных радионуклидов из жидких смесей и получения воды, пригодной для повторного использования, является разработка новых методов разделения, обладающих регулируемой селективностью к химическим элементам с близкими физико-химическими свойствами, и оптимальное сочетание этих новых методов с традиционными методами очистки сточных вод[1]. Для этих целей разработана технология обработки воды с использованием керамических и углеродных мембран и различных комплексообразователей (КО), в основном природного происхождения - гуминовых соединений и сточных вод производства целлюлозы.

Табл. 1. Результаты очистки сточных вод от тяжелых металлов с использованием метода КОУФ (для соотношения Ме"*:КО- 1:25+1:50).

Ионы металла Ме,1+ • Концентрация ионов металла, мг/л Ком плексообра-зователь (КО) Мембрана керамическая, марка Селективность (степень очистки) (р, %

Sr2+ 0,62-11,2 Биобос-З IKO (10)* 85,0-99,0

Со2+ 7,3-9,4 Биомос-3 LKO (10)* 89,0-99,1

Sr2+ 1-25 Гумат № 1 IKO 85,0-98.0

N¡2+ 8-33 Гумат № 1 IKO 95,0-99,0

Со2+ 6-13 Гумат №2 2КО 87,0-99,1

n¡2+ 20-50 Гумат №6 6КО 96,0-99,5

N¡2+ 20-50 Сульфатный щелок 6КО 90,0-98,0

* - Использовалась мембрана 1КО (10) с наружным диаметром 10мм и толщиной стенки 2мм. В остальных опытах использовались мембраны диаметром 8мм и толщиной стенки -1мм.

В табл. 1 представлены результаты очистки воды от ионов тяжелых и радиоактивных металлов Меп+ и радионуклидов по разработанной технологии, а на рис. 1.-3 - характеристика процесса мембранного разделения ионов металлов. В качестве КО использовались природные гуматы отечественного производства и предприятия АО "Биомос" (Украина).

О 20 40 60 80 100

Соотношение КО/Са2+

Рис. I. Зависимость селективности мембран от массового соотношения КО/Ме2+дли Са2+ (при Р - 0.49 МПа, концентрации ионов Са!+ х, = 10 мг /л, КО - «Биомос-3»). Использовалась мембрана 1У(углеродная) и МС(керамическая) с наружным диаметром 10мм и толщиной стенки 2мм: 1(о) - мембрана I У, 2(а) - мембрана IК, 3(Л) - селективность мембраны 1У rio КО («Биомос-3»),

Данный метод - комплексообразования и ультрафильтрации (КОУФ) позволяет:

• извлекать из природных и сточных вод ионы тяжелых, радиоактивных, редких и рассеянных элементов;

• использовать керамические мембраны, которые не подвержены процессам гидролиза и радиолиза, как полимерные мембраны;

• повысить производительность установки, снизить рабочее давление с 30+50 до 5атм и уменьшить расход электроэнергии (по сравнению с обратным осмосом в 5+7 раз);

• селективно извлекать тяжелые металлы и радиоактивные элементы;

• использовать КО из природного сырья, и поэтому их. воздействием на окружающую среду можно пренебречь;

• прогнозировать извлечение других, не исследованных в данной работе,

элементов.

Рис. 2. Зависимость проницаемости С (л/мг*час) мембран 1У и 1К от соотношения КО/Са!* (при Р = 0.49 МТТа, концентрации ионов Са'* к, = 10 мг /л, КО - «Биомос-3»). 1 (А)-мембрана 1У; 2 (с)-мембрака 1К

Рис. 3. Зависимость селективности мембран от массового соотношения КО/Ме2+ (мембрана 1КО при Р = 0.49 МПа н КО - гуммат Х»4).

1 (Д) -селективность по Са!*-ионам, концент рация ионов -10,6 мг/л;

2 () - селективность по Со!+-понам, концентрация ионов -10,2 мг/л;

3 (*) - селективность по Си2*-ионам, концентрация ионов - 9,8 мг/л;

4 (о) - селективность по №!+-нонам, концентрация ионов - 10,2 мг/л;

По другим ионам тяжелых и радиоактивных металлов степень очистки составляет 98+99,9%, если использовать в качестве комплексообразую-

щей добавки, специальные вещества или фракционированные лигносульфо-наты. Кроме того, данная технология обеспечит уменьшение объемов отходов в пределах 103 + 106 раз (в зависимости от иона, комштексообразователя и других факторов).

Табл. 2. Значения теилот ДН и координационных чисел п гидратации отдельных ионов.

Наименование Ионы Источник информации

Cr Cti2+ Ni Со Hg Ca Pb Sr

Теплота гидратации ДН, кДж/моль - 2131 2239 2089 1812 1616 1515 1477 [2]

- - 2139 2089 1855 1616 1516 1478 [3]

Теплота гидратации АН, ккал/г-ион -990 -493 -486 -460 -432 -375 -355 -338 [4]

Гидрацион-ное число - б 6 6 - 7 8 8 [2]

Эти и другие экспериментальные данные позволяют расположить ионы тяжелых металлов в порядке уменьшения селективности (степени очистки): Cr3+>Cu2+« Ni2 +>Co2+~Hg2^=Pb2+~Ca2+>Sr2+

Качественно такое соотношение селективностей указанных, элементов в целом неплохо соотносится с величиной их теилот гидратации АН их водных растворов, которые приведены в табл. 2

Таким образом, разработанные технологии КОУФ и прямого осмоса с использованием керамических мембран дает возможность селективно извлекать из водных растворов и сточных вод тяжелые металлы и радиоактивные элементы, что позволяет упростить и понизить стоимость переработки жидких радиоактивных отходов, а также проводить реабилитацию водоемов (о. Карочай и др.), загрязненных такими отходами.

Библиографические ссылки

1. Мынин В.Н. Разработка керамических мембран на углеродной подложке для очистки масел: Дис. ... канд. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. 134с.

2. Дытиерекий Ю.И. Баромембранные процессы. М.: Химия, 1986. 272 с.

3. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. / И.Д.Зайцев, Г.Г.Асеев. Справочник. М.: Химия, 1988. С. 373-400.

4. Аналитическая химия. Справочник./ А. Немировский. // URL: http:// www.

novedu. ru/tepi.on..htm.