Использование неорганических сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Сергеев Д.И, к.х.н., инженер-технолог ООО «ЭКОДАР-Л»

Производства, сточные воды которых содержат тяжелые металлы, относятся к числу наиболее опасных для окружающей природной среды. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных  сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, в водные бассейны приводит к превышению их предельно допустимых концентраций, что, в свою очередь, оказывает негативное воздействие на экосистемы. За частую, оборотная вода не соответствует требованиям к технической воде.

Среди известных методов очистки сточных вод от тяжелых металлов наиболее перспективным, на наш взгляд, является сорбционный метод, позволяющий использовать в качестве сорбентов широкий спектр материалов, как искусственного, так и природного происхождения. Мы считаем, что одним из альтернативных является способ очистки с помощью неорганических сорбентов. Неорганические сорбенты (НС) представляет собой высокодисперсную многокомпонентную систему, химический состав  представлен в таблице 1. Очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью НС можно объяснить протеканием сорбционных процессов, ионообменных процессов и химических реакций.

Химический состав неорганических сорбентов

По данным рентгенофазового анализа в составе НС имеются в наличии: γ - 2СаО× SiO₂  - двухкальциевый силикат, Ca(OH)₂ - портлантид, СаСО₃ –  кальцит, FeO – вюстит, 3CaO×Al₂O₃ – трехкальциевый алюминат, CaO×Al₂O₃ – однокальциевый алюминат, MgO – периклаз (рис.1).
Условные обозначения: - 3CaO·Al₂O₃; - CaCO₃; - FeO; - CaO·Al₂O₃; - Ca(OH)₂;      o - MgO;       * - γ -2СаО×SiO₂.

Рис.1. Данные рентгенофазового анализа НС.

Нами проводились исследования процесса очистки сточной воды реальных растворов гальванической и асбестоцементной промышленности растворов, содержащих ионы тяжелых металлов (Ni2+ и Cu2+, Сr3+, Pb2+, Zn2+). Целью данных исследований являлось установление оптимальных параметров (размер частиц, время, масса) процесса очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов.

Для проведения эксперимента отбирали фракцию НС не менее 0,1 мм (рис. 2). Как видно из рисунка 2, чем меньше дисперсионный состав фракций тем эффективнее идет сорбция. Включения металла отделяли постоянным магнитом. Неорганический сорбент модифицировали химическим методом до получения частиц менее 0,1 мм и наночастиц. Расход НС составлял 200 мг/л и 15 г/л, раствор перемешивали с помощью магнитной мешалки в течение 30 мин. После этого раствор фильтровали через бумажный фильтр и анализировали конечную концентрацию ионов тяжелых металлов. Результаты представлены на рис. 3,4.

Рис.2. Количество ионов тяжелых металлов, удаляемых из раствора фракциями различной дисперсности

Рис. 3. Зависимость эффективности очистки сточной воды
([Cu2+]нач = 40 мг/л) НС от времени перемешивания

Рис. 4. Зависимость эффективности очистки сточной воды ([Cr6+]нач= 40 мг/л) НС от времени перемешивания

По полученным данным можно сделать вывод, что основной эффект очистки достигается в первые 10 – 15 минут после начала контактирования НС и раствора. При продолжении контактирования смеси происходит незначительное увеличение степени очистки. Эффективность очистки реальных растворов от ионов меди достигает в среднем 60 – 95 %, от ионов хрома (III) – 70 – 99 %.

Рис. 5. Зависимость эффективности очистки от массы добавляемого исходного НС (τ = 15 мин)

Оптимальной массой при очистке растворов от ионов тяжелых металлов является масса шлака, равная 0,1–0,15 г/100 мл. Таким образом, экспериментально установлены оптимальные параметры проведения процесса очистки сточных вод: размер частиц НС менее 0,1 мм, время перемешивания смеси – 15 мин, масса НС – 115 г/л. Полученные данные необходимо использовать при дальнейших исследованиях процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.