АЛЮМОСИЛИКАТНЫЙ  СОРБЕНТ  ДЛЯ  ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ  ВОД  ОТ  ИОНОВ  ТЯЖЕЛЫХ  МЕТАЛЛОВ

Масленникова  Людмила  Леонидовна

д-р  техн.  наук,  проф.  кафедры  «Инженерная  химия  и  естествознание»,  профессор  Петербургского  государственного  университета  путей  сообщения  Императора  Александра  I ,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

E -mail:  llmaslennikova@yandex.ru

Вобликова  Дарья  Васильевна

студент  4  курса  Петербургского  государственного  университета  путей  сообщения  Императора  Александра  I ,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

E -mail:  remote160@list.ru

Шевцова  Елена  Николаевна

студент  4  курса  Петербургского  государственного  университета  путей  сообщения  Императора  Александра  I ,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Крапивная  Тамара  Анатольевна

студент  4  курса  Петербургского  государственного  университета  путей  сообщения  Императора  Александра  I ,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Ершова  Софья  Александровна

студент  4  курса  Петербургского  государственного  университета  путей  сообщения  Императора  Александра  I ,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

ALUMINATOSILIKATE  THE  SORBENT  FOR  SEWAGE  TREATMENT  FROM  IONS  OF  HEAVY  METALS

Maslennikov  Lyudmila

dr.  sci.  tech.,  the  prof.  of  faculty  «Engineering  chemistry  and  natural  sciences  »,  the  professor  of  the  Petersburg  state  university  of  means  of  communication  of  Emperor  Alexander  I,  Russia,  Saint  Petersburg

Voblikova  Darya

the  student  4  rates  of  the  Petersburg  state  university  of  means  of  communication  of  Emperor  Alexander  I,  Russia,  Saint  Petersburg

Shevtsova  Elena

the  student  4  rates  of  the  Petersburg  state  university  of  means  of  communication  of  Emperor  Alexander  I,  Russia,  Saint  Petersburg

Krapivnaja  Tamara

the  student  4  rates  of  the  Petersburg  state  university  of  means  of  communication  of  Emperor  Alexander  I,  Russia,  Saint  Petersburg

Ershova  Sofiya

the  student  4  rates  of  the  Petersburg  state  university  of  means  of  communication  of  Emperor  Alexander  I,  Russia,  Saint  Petersburg

Работа  выполнена  при  финансовой  поддержке  «Петербургского  государственного  университета  путей  сообщения  Императора  Александра  I»  в  рамках  конкурса  студенческих  грантов  в  2013  г. 

АННОТАЦИЯ

Исследована  возможность  получения  алюмосиликатного  сорбента  на  основе  кембрийской  глины  и  отходов  пенобетона  для  очистки  сточных  вод  от  ионов  тяжелых  металлов.  Исследована  поглощающая  способность  сорбента  в  зависимости  от  состава  и  температуры  обжига.

ABSTRACT

The  opportunity  of  reception  aluminatosilikate  a  sorbent  is  investigated  on  the  basis  of  cambrian  clay  and  waste  products  of  foam  concrete  for  sewage  treatment  from  ions  of  heavy  metals.  Absorbing  ability  of  a  sorbent  is  investigated  depending  on  structure  and  temperature  of  roasting.

Ключевые  слова:   пенобетон;  алюмосиликатный  сорбент;  ионы  тяжелых  металлов;  эффективность  очистки.

Keywords:   foam  concrete;  aluminatosilikate  a  sorbent;  ions  of  heavy  metals;  efficiency  of  clearing.

В  настоящее  время  актуальной  задачей  является  разработка  составов  фильтрующих  материалов,  которые  не  имели  бы  экономических  и  эксплуатационных  недостатков,  присущих  традиционным  природным  сорбентам  и  в  тоже  время  обладали  бы  высокими  сорбционными  свойствами  по  отношению  к  ионам  тяжелых  металлов  (ИТМ).  В  этой  связи  в  качестве  сырья  для  создания  такого  сорбента  кажется  целесообразным  использовать  природные  алюмосиликаты,  которые  составляют  до  50  %  массы  земной  коры,  например,  в  виде  кембрийской  глины  месторождения  Красный  Бор,  относящейся  к  полиминеральным  гидрослюдисто-монтмориллонитовым  глинам,  известным  своими  ионно-обменными  свойствами.  Гидрослюды  образуются  при  выветривании  слюд  и  широко  распространены  в  почвах.  По  структуре  они  близки  к  монтмориллониту.  Известно  также,  что  для  эффективной  сорбции  ИТМ  фильтрующий  материал  должен  обладать  высокой  микропористостью,  которую  можно  получить  путем  ввода  в  глиняную  матрицу  дисперсного  компонента  с  пористой  структурой.

Из  работ  ученых  кафедры  «Инженерная  химия  и  естествознание»  под  руководством  профессора  Сватовской  Л.Б.  [2,  с.  30]  известно,  что  тяжелый  бетон,  пенобетон,  представленные  гидросиликатами  кальция  обладают  адсорбционными  свойствами  по  отношению  к  ионам  тяжелых  металлов.  В  связи  с  этим  можно  предположить,  что  сорбенты,  полученные  путем  обжига  кембрийской  глины  с  дроблеными  отходами  пенобетона,  также  будут  обладать  адсорбционными  свойствами  по  отношению  к  ИТМ. 

Целью  работы  являлась  разработка  алюмосиликатного  фильтрующего  материала  с  использованием  отходов  пенобетона.

В  работе  использовался  конструкционно-теплоизоляционный  бетон  плотностью  500  кг/м³  на  портландцементном  вяжущем  автоклавного  твердения.  Ранее  проведенными  исследованиями  [1,  с.  261]  было  установлено,  что  объем  пор  менее  10  мкм  в  частицах  дробленого  автоклавного  пенобетона  составляет  93,3  %  от  суммарного  объема  пор,  а  у  неавтоклавного  пенобетона  81,7  %.  В  связи  с  этим  для  работы  были  выбраны  дроблёные  отходы  пенобетона  автоклавного  твердения.  В  настоящее  время  объемы  производства  пенобетона  в  стране  растут,  поэтому,  как  следствие,  будут  расти  и  объемы  отходов  пенобетона,  которые  образуются  как  при  производстве  пенобетона,  так  и  на  строительных  площадках,  и  от  сноса  старых  зданий  и  сооружений. 

При  обжиге  частицы  пенобетона  в  керамической  шихте  претерпевает  определенные  физико-химические  превращения,  образуя  черепок  с  канальной  пористостью  и  развитой  поверхностью,  способной  к  адсорбции  ИТМ  и  частично  нефтепродуктов.

Дробленый  пенобетон  автоклавного  твердения,  был  отсеян  на  сите  №  1  для  получения  грансостава,  пригодного  для  изготовления  гранулированного  фильтрующего  материала.  В  зависимости  от  процентного  содержания  глины  и  пенобетона  было  получено  4  состава:  50*50,  60*40,  70*30,  80*20.  Гранулы  получали  вручную,  протирая  керамическую  шихту  влажностью  около  30  %  через  сито  с  ячейками  размером  3  мм.  Каждый  состав  был  высушен  при  температуре  120  ^оС  и  обожжен  при  температурах:  600^о,  700^о,  800^о,  900  ^оС.  В  конечном  итоге  было  получено  16  различных  вариантов  фильтрующего  материала  различного  состава  и  температуры  обжига. 

Все  образцы  были  исследованы  на  поглощающие  свойства  по  отношению  к  ИТМ.  В  качестве  имитата  сточных  вод  использовался  растворы  ионов  кадмия,  свинца  и  меди  с  концентрацией  10^-3  моль/л  и  10^-4  моль/л.  Выбор  был  обусловлен  тем,  что  эти  металлы  в  значительных  объемах  используются  в  производственной  деятельности  и  в  результате  накопления  во  внешней  среде  представляют  серьезную  опасность  с  точки  зрения  их  биологической  активности  и  токсичных  свойств.

Было  выбрано  оптимальное  время  контакта  имитата  загрязненных  вод  с  ионами  свинца  с  фильтрующим  материалом  (рис.  1.),  которое  было  принято  равное  30  мин.

Для  сравнения  эксплуатационных  свойств  разработанного  фильтрующего  материала  был  взят  сорбент  «Глинт»,  выпускаемый  фирмой  ЗАО  «Квант-минерал»,  близкий  по  составу  и  назначению.  Анализируя  рис.  1,  можно  сделать  вывод,  что  у  сорбента  «Глинт»  поглотительная  способность  меньше  и  требуется  большее  время  контакта.

Результаты  исследования  проб  имитата  сточной  воды  после  контакта  с  образцами  различного  состава  и  разной  температуры  обжига  представлены  на  рис.  2,3,4.

Рисунок  1.  Определение  оптимального  времени  контакта  имитата  сточной  воды  с  сорбентом  (на  примере  ионов  свинца)

Рисунок  2.  Зависимость  поглощающих  свойств  сорбента  по  отношению  к  ионам  кадмия  от  состава  и  температуры  обжига

Рисунок  3.  Зависимость  поглощающих  свойств  сорбента  по  отношению  к  ионам  свинца  от  состава  и  температуры  обжига

Рисунок  4.  Зависимость  поглощающих  свойств  сорбента  по  отношению  к  ионам  меди  от  состава  и  температуры  обжига

Анализируя  полученные  данные  и  учитывая  необходимость  прочностных  характеристик  получаемого  фильтрующего  материала,  можно  сделать  вывод,  что  достаточной  прочностью  и  адсорбирующей  способностью  обладают  составы  с  процентным  соотношением  глина-пенобетон  70*30  и  60*40  при  температуре  обжига  900^оС,  которые  в  дальнейшем  исследовались  в  работе.  Полученный  фильтрующий  материал  остальных  составов  при  затворении  водой  и  интенсивном  перемешивании  распадался  на  более  мелкие  частицы  из-за  слабой  прочности  и  далее  не  рассматривался.

Эффективность  очистки  и  статическая  емкость  разработанного  сорбента  представлена  в  таблице.

Фильтрующий  материал  был  исследован  на  способность  удерживать  нерастворимые  нефтепродукты,  была  определена  нефтеёмкость,  которая  составила  0,3  г/г. 

Таблица  1.

Эффективность  очистки  и  статическая  ёмкость  разработанного  сорбента

Таким  образом,  разработан  алюмосиликатный  сорбент,  который  достаточно  эффективно  очищает  загрязненные  воды  от  ИТМ  и  частично  от  нефтепродуктов.  Такой  сорбент  может  использоваться  в  качестве  компонента  комбинированной  шихты  для  снаряжения  фильтрующих  патронов  локальных  фильтров  очистки  сточных  и  талых  вод,  например,  в  снегоплавильных  установках.

Список  литературы:

1.Масленникова  Л.Л.,  Славина  А.М.  Использование  отходов  ячеистых  бетонов  при  получении  керамическихматериалов  с  улучшенными  теплозащитными  свойствами  //  Популярное  бетоноведение.  —  2009.  —  №  6  (32).  —  С.  30—35.

2.Шершнева  М.В.,  Пузанова  Ю.Е.,  Соловьева  В.Я.  Геоэкологический  аспект  использования  кальцийсодержащих  строительных  отходов  //  Известия  петербургского  университета  путей  сообщения.  —  2010.  —  Вып.  2  (23).  —  С.  261—267.