ОЧИСТКА  СТОЧНЫХ  ВОД  ОТ  ТЯЖЕЛЫХ  ТОКСИЧНЫХ  МЕТАЛЛОВ

Эминова  Эльмира  Бицирамазановна

студент  4  курса,  кафедра  аналитической  и  фармацевтической  химии  ДГУ,  РФ,  г.  Махачкала

E-mail: 

Татаева  Сарижат  Джабраиловна

научный  руководитель,  канд.  хим.  наук,  профессор,  кафедра  аналитической  и  фармацевтической  химии  ДГУ,  РФ,  г.  Махачкала

E-mail:  anchemist@yandex.ru

Изобретение  относится  к  охране  окружающей  среды  и  может  быть  использовано  для  очистки  водных  сооружений,  питьевых  вод;  в  фармацевтической  промышленности  при  контроле  препаратов  на  основе  лекарственных  растений  с  широкими  возможностями  экоаккумуляции  тяжелых  металлов  (ТМ)  пищевой  промышленности.  Тяжелые  металлы  являются  одним  из  составных  частей  компонентов  промышленных  стоков.

Возрастающая  с  каждым  годом  техногенная  деятельность  способствует  увеличению  содержания  тяжелых  металлов  в  объектах  окружающей  среды.  В  этой  связи  проблема  эффективного  контроля  за  их  содержанием  в  различных  объектах  остается  весьма  актуальной.

Загрязнение  тяжелыми  металлами  обременительно  и  опасно  для  окружающей  среды,  особенно  для  гидросферы,  почвы  и  воздуха.  Их  токсичность  определяется  классом  опасности  в  соответствии  с  эффектами,  которые  они  оказывают  на  обмен  веществ  и  состояние  здоровья  человека.  Роль  некоторых  тяжелых  металлов  при  этом  двойственна:  с  одной  стороны  они  необходимы  для  нормального  протекания  физиологических  процессов,  с  другой  —  высокотоксичны  при  определенных  повышенных  концентрациях.

Известны  химические,  физико-химические,  физические  и  биологические  методы  очистки  природной,  питьевой  и  сточной  вод,  в  основе  которых  положены  следующие  принципы  [1,  5,  6]:

·     химический  процесс  очистки  воды  заключается  в  ее  хлорировании  или  озонировании.  Сейчас  способ  очистки  воды  хлорированием  уже  устарел;  озонирование  же  —  технология  хоть  и  хорошая,  но  весьма  дорогостоящая  и  сложная;

·     физический  способ  очистки  —  кипячение.  Этот  способ,  с  одной  стороны,  полностью  очищает  воду  от  любых  болезнетворных  организмов,  но  с  другой  стороны,  такой  принцип  очистки  воды  не  позволяет  избавиться  от  различных  химических  загрязнений.  Другая  технология  физической  очистки  —  это  облучение  воды  ультрафиолетом.  При  этом  уничтожаются  все  вредные  микроорганизмы,  а  вода  при  этом  обрабатывается  вредными  для  здоровья  химикатами;

·     биологический  метод  очистки  воды  заключается  в  использовании  микроорганизмов,  способных  питаться  тяжелыми  токсичными  металлами  и  тем  самым  уничтожать  их,  очищая  воду.  Но  этот  метод  требует  больших  финансовых  затрат.

Мембранная  очистка  воды  заключается  в  работе  активированного  угля  в  качестве  сорбента,  задерживающего  все  возможные  примеси  (органические  частицы,  бактерии,  химические  вещества).  Очистка  воды  с  помощью  обратного  осмоса  делает  жидкость  очень  чистой,  практически  дистиллированной.  Обратный  осмос  через  фильтры  для  очистки  воды  проходит  достаточно  стабильно  и  качественно,  однако  и  он  имеет  некоторые  недостатки:  этот  способ  очистки  воды

1.  недостаточно  экономичен,  т.  е.  фильтры  за  сутки  могут  пропустить  не  более  25  литров  воды;

2.  лишает  не  только  вредных,  но  и  полезных  элементов,  что  негативно  сказывается  на  общем  качестве  воды  и  ее  потребительских  свойствах.

Существенным  недостатком  этих  методов  при  анализе  вод  является  сложность  исполнения  и  высокая  стоимость,  так  как  они  требуют  специального  оборудования.  Как  видно  из  вышеизложенного,  для  очистки  вод  применяют  различные  методы,  в  целом  каждая  из  которых  имеет  свои  преимущества  и  недостатки.

Задача  предлагаемого  изобретения  -  разработка  более  доступных,  экономичных,  простых  в  исполнении  и  экспрессных  методов  очистки  для  которых  наблюдается  превышение  предельно  допустимых  концентраций  (ПДК)  по  хрому,  марганцу,  цинку,  меди,  свинцу  и  кадмию  в  стоках,  выходящих  с  очистных  сооружений.

Новизной  заявляемого  способа  является  то,  что  впервые  в  процессе  очистки  вод  от  меди,  свинца,  цинка,  кадмия,  хрома  и  марганца  в  концентрациях,  превышающих  ПДК  предлагается  использовать  смесь  двух  сорбентов:  анионит  высокоосновный  —  17  —  цинкон  (АВ-17-ЦН)  для  очистки  вод  от  Pb,  Cd,  Cu  и  Zn  и  силикагель  —  хлорид  цетилпиридиний  -  фенилфлуорон  (СГ-ЦП-ФФ)  для  очистки  вод  от  Cr  (III)  и  Mn  (II)  в  динамическом  режиме  [2,  3].

Сущность  разработки  заключается  в  том,  что  воду  пропускают  в  динамическом  режиме  через  колонку  со  смесью  двух  модифицированных  сорбентов  в  соотношении  2:1,  полученных  путем  иммобилизации  селективных  органических  реагентов  2-{2-(α-2-окси-5-сульфофенилазо}  —  бензилидин  гидразин  бензойной  кислоты  (цинкон)  на  анионит  высокоосновный  АВ-17  (АВ-17-ЦН)  и  силикагель,  обработанный  хлоридом  цетилпиридиния  с  иммобилизованным  2,6,7-триоксифенилфлуороном  (СГ-ЦП-ТОФ).  Затем  модифицированные  сорбенты  извлекают  из  водной  среды  на  твердую  фазу  одновременно  шесть  тяжелых  металлов  (медь,  цинк,  свинец,  кадмий,  хром  и  марганец).  При  этом  100  дм³  воды  очищается  20  г  смеси  сорбентов  в  течение  часа.  После  чего  смесь  сорбентов  регенерируется  20  мл  4  М  раствора  HCl  до  отрицательной  реакции  на  ионы  Cu²⁺,  Zn²⁺,  Pb²⁺,  Cd²⁺,  Cr³⁺  и  Mn²⁺.

Конкретный  пример  выполнения:  к  1  л  анализируемой  воды  добавляли  6  мл  разбавленной  (1:1)  серной  кислоты  и  1,0  г  персульфата  аммония  для  разрушения  комплексов  меди,  свинца,  кадмия,  цинка,  хрома  и  марганца  с  органическими  примесями,  содержащимися  в  сточных  водах.  Пробу  кипятили  10—15  минут  и  оставляли  в  течение  одного  часа.  При  необходимости  воду  после  охлаждения  отфильтровывали  от  механических  примесей.  Избыток  кислоты  нейтрализовали  добавлением  10  %-го  раствора  аммиака  до  нейтральной  среды.  Затем  воду  пропускали  через  колонку,  заполненную  смесью  модифицированных  сорбентов  в  динамическом  режиме.  В  качестве  анионитов  использовали:

1.  АВ-17-ЦН  для  группового  извлечения  кадмия,  свинца,  меди  и  цинка;

2.  СГ-ЦП-ТОФ  для  группового  извлечения  хрома  и  марганца.

Пробу  пропускают  через  колонку  диаметром  2  см  и  высотой  10  см,  заполненную  смесью  модифицированных  сорбентов  (АВ-17-ОСФБГБК  и  СГ-ЦП-ТОФ)  в  соотношении  2:1.  После  очистки  воду  проверяют  на  содержание  остаточных  количеств  тяжелых  металлов  атомно-абсорбционным  методом.

Степень  очистки  от  тяжелых  металлов  осуществляли  в  стоках  завода  «Авиаагрегат»  и  воды  канала  имени  «Октябрьской  революции»  до  очистительных  сооружений  г.  Махачкалы.

Результаты  определения  представлены  в  таблице  1.

Таблица  1. 

Результаты  лабораторных  испытаний

ПДК  —  для  вод  культурно-бытового  водопользования

Как  видно  из  таблицы  1,  содержание  хрома  и  марганца  почти  в  три  раза  превышает  предельно  допустимые  концентрации;  для  свинца  и  кадмия  в  десятки  и  более  раз  наблюдается  превышение  ПДК,  а  для  цинка  небольшое  превышение  в  стоках  завода  «Авиаагрегат».

Превышение  ПДК  для  Cr,  Mn,  Pb  и  Cd  наблюдается  и  в  водах  канала  им.  «Октябрьской  революции».

Таким  образом,  представленные  данные  свидетельствуют  о  высокой  степени  загрязненности  промышленных  стоков  завода  «Авиаагрегат»  и  канала  им.  «Октябрьской  революции»,  что  свидетельствует  о  необходимости  очистки  до  поступления  в  открытые  водоемы.

В  очищенной  воде  содержание  тяжёлых  металлов  ниже  ПДК.

Новизной  заявляемого  способа  является  то,  что  впервые  в  процессе  очистки  от  хрома,  цинка,  меди,  марганца,  свинца  и  кадмия  в  концентрациях  превышающих  предельно  допустимые  нормы  предлагается  использовать  смесь  двух  модифицированных  сорбентов  в  соотношении  2:1,  полученные  путем  иммобилизации  селективных  (избирательных)  органических  реагентов  (цинкон  и  фенилфлуорон)  на  аниониты:  амберлит  IRA-400  и  силикагель-хлорид  цетилпиридиния,  затем  создавая  оптимальные  условия,  извлекают  из  большого  объема  водной  среды  на  твердую  фазу  и  очищают  воду  от  перечисленных  металлов.

Заявленный  способ  предназначен  для  использования  в  лабораториях  очистных  сооружений,  контролирующих  степень  очистки  сточных  вод.

Преимуществами  заявленного  способа  являются: 

1.  Простота  выполнения;

2.    Экономичность  (для  концентрирования  и  определения  шести  элементов  используют  модифицированные  сорбенты  многократного  применения  АВ-17-ЦН,  СГ-ЦП-ФФ  в  соотношении  2:1.

3.  Высокая  селективность  (сорбент  АВ-17-ЦН  извлекает  из  вод  одновременно  медь,  цинк,  свинец  и  кадмий,  а  СГ-ЦП-ФФ  —  хром,  марганец.  Не  мешают  определению  все  макрокомпоненты  и  некоторые  микрокомпоненты)

4.  Экспрессность  (в  течение  часа  можно  очистить  100  дм3  воды  20  г  смесью  сорбентов  от  шести  тяжелых  металлов  в  концентрациях,  превышающих  ПДК  в  различных  водах.

5.  Предел  обнаружения  составляет  1—3  мкг/л.  [4].

Список  литературы:

1. Аширов  А.  Ионообменная  очистка  сточных  вод,  растворов  и  газов.  Л.:  Химия.  1983.  —  295  с. 
2. Патент  РФ  №  2292545  Способ  концентрирования  и  определения  ионов  хрома  и  марганца  в  биосубстратах//  Татаева  С.Д.,  Гамзаева  У.Г.  опубл.  в  2007,  Бюл.  №  3.
3. Патент  РФ  №  2361660  БИ  №  20.  опубл.  в  2009  Способ  концентрирования  и  определения  меди,  свинца  и  кадмия//  Татаева  С.Д..  Бюрниева  У.Г.,  Гасанова  З.Г.
4. Патент  РФ  №  2480420  опубл.  в  2013:  Очистка  сточных  вод  от  тяжелых  металлов//Татаева  С.Д.,  Атаева  Н.И.
5. Смирнов  А.Д.  Сорбционная  очистка  воды.  Л.:  Химия.  1982.  —  168  с.
6. Смирнов  Д.Н.,  Генкин  В.Е.  Очистка  сточных  вод  в  процессах  обработки  металлов.  1989.  —  28  с.