Адсорбция как эффективный способ очистки промышленных и городских сточных вод



В настоящее время, в связи с ростом промышленности, наблюдается высокий уровень загрязнения окружающей среды, который оказывает негативное влияние на здоровье населения и экосистему в целом [1, с. 1]. Это явно выражено в больших городах, где в непосредственной близости расположено большое количество промышленных предприятий разных направленностей. Также немало важное влияние оказывает хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся в основном из жилых домов и объектов социального пользования. Особенность таких стоков состоит в смешанном составе и высоком содержании азотсодержащих соединений и фосфатов [2, с. 120]. Предприятия не всегда справляются с очисткой до достаточного уровня ПДК, особенно при большом расходе водного ресурса, по этой причине вынуждены сбрасывать воду в водоёмы без очистки. Особую опасность представляют предприятия в сточных водах которых содержатся высокотоксичные, преимущественно растворённые, химические вещества.

Экономически процесс очистки является одним из дорогостоящих процессов. Как правило, большинство известных методов имеют немалые затраты временных, реагентных и энергетических ресурсов для достижения высокого уровня очистки. Не все предприятия могут себе позволить качественную очистку, что и сопровождается образованием вторичного загрязнения и потери ценных компонентов, содержащихся в сточных водах.

Всё более широкое применение находят адсорбционным методам в очистке сточных вод [3, с. 3]. Адсорбционные методы позволяют очищать воду от широкого спектра загрязнителей с высокой эффективностью до величины ПДК и глубже, также возможностью выделять ценные продукты из воды [4, с. 41]. Адсорбционные установки отличаются своей компактностью, простотой оформления и управления процессом по сравнению с аналогами, позволяющим очищать воду на таком же уровне.

Получение углеродных и синтетических волокон с высокой адсорбционной активностью является актуальным в наше время связи с ростом повышения требований к качеству воды, а также защите окружающей среды от загрязнений в целом. Поэтому проводится так много исследований и разработок в данной области, а также поиск новых сорбционных технологий.

Важной задачей в очистке сточных вод от ионов тяжёлых металлов является подбор материалов, имеющих невысокую стоимость с достаточной глубиной очистки. Данными параметрами обладают природные сорбенты. Соединения хрома (III) и хрома (VI) являются токсичными, поэтому содержание их в сточной воде должно строго контролироваться. В работе [5, с. 497] изучали сорбционную способность по отношению к катионам хрома (III). В результате опока обладает более высокой степенью адсорбции (95‑68 %), в сравнении с другими образцами: диатомит (93–49 %), доломит (58–19 %) и шунгит (56–24 %). В свою очередь в [6, с. 385] для сорбции соединений хрома применяли окисленные активированные углеродные волокна (ОАУВ). ОАУВ с высокой эффективностью поглощают соединения хрома из водного раствора, благодаря своей высокой пористой удельной поверхности. Хотя углеродные волокна и являются эффективными сорбентами, однако они гораздо дороже.

Была установлена связь силы взаимодействия с сорбентом от ионного потенциала солей тяжёлых металлов [7, с. 57]. Показано, что сорбция ионов никеля (II) шла лучше, чем ионов марганца (II). Сорбцию проводили на опоке Уьяновской области с двух месторождений с разным размером частиц. Размер фракции влияет на максимальную величину адсорбции только катионов никеля (II).

Использовали в качестве адсорбентов отходы керамического производства и сельхозпереработки, а также смесь этих отходов для очистки стоков от ионов свинца. Полученные сорбенты подвергали термической обработке для повышения эффективности удаления соединений свинца из стоков. Было установлено, что наиболее эффективных сорбентом является смесь на основе отходов, указанных выше производств, в соотношении 50:50 (% масс.), обработанных при 300 °С в течение 20 минут [8, с. 120].

Применять гель сшитого полиакриламида можно в качестве селективного поглотителя растворённых солей смешанных растворов. Амидные группы способны гидролизоваться с образованием кислоты или её соли в концентрированных растворах сильных кислот и щелочей, однако в растворах других соединений они достаточно устойчивы и не вступают в реакцию с растворёнными веществами. Этот полимер является сравнительно недорогим и доступным [9, с. 796].

Ароматические соединения относятся к 1–3 классам опасности, связи с этим их содержание в сточных водах не допустимо. Ароматические соединения являются к неполярными соединениями, поэтому для эффективной очистки лучше всего подходят углеродные материалы, т. к. имеют высокое сродство с растворёнными соединениями, кроме того на поглощение ароматических азотсодержащих соединений влияет как пористая структура самого адсорбента, так и примеси находящиеся в растворе [10, с. 76]. Отходы лесозаготовок подвергали температурной обработке и активировали. Получались эффективные сорбенты, которые показали хорошие результаты в очистке стоков от ароматических соединений на предприятиях химических, нефтехимических и других отраслей промышленности, однако эти материалы отличались низкой механической прочностью, поэтому их было рекомендовано сжигать как облагороженное твёрдое топливо [11, с. 29].

Сточные воды молочной промышленности имеют широкий ряд загрязняющих веществ и характеризуются неравномерностью состава, после очистки которых, используемые адсорбенты не целесообразно регенерировать. Поэтому в качестве материалов очистки были выбраны дешёвые и доступные углеродные сорбенты, получаемые из бурого угля и отходов переработки древесины. В целях экономии и достижения оптимальной степени очистки (90–95 %), была рассмотрена многоступенчатая схема процесса [12, с. 101].

Состав промышленных сточных вод очень разнообразен: от механических примесей до растворённых токсичных соединений органического и неорганического происхождения. Сорбция модельных растворов смешанного состава на сапропелях и на его смеси с монтмориллонитом и цеолитом в соотношении 2:1:1 в стационарных условиях показала, что доочистку сточных вод можно осуществлять с использованием гранулированного сапропеля. Этот адсорбент достаточно эффективно поглощал ионы тяжёлых металлов при наличии нефтепродуктов [13, с. 98]. Качественная и количественная характеристика сточных вод, образующихся на машиностроительных предприятиях, зависит от вида технологического производства продукции и использования в них воды. Процесс очистки таких вод комплексными методами достаточно трудоёмкий и дорогостоящий. Следовательно, целесообразно разные системы водоотведения подвергать очистке на разных очистных сооружениях с различной технологической линией [14, с. 172].

Часто на гальванических производствах прибегают к сорбционным методам очистки воды, в которой присутствуют гидроксиды некоторых металлов d-подуровня и различные нефтепродукты [15 с. 96]. Проводилось экспериментальное сравнение адсорбционной очистки моделей сточных вод среди угольных сорбентов разных марок. Лучшими оказались активные угли на основе растительного сырья обладающие развитой микропористой структурой.

Одним из источников загрязнения окружающей среды относятся предприятия железнодорожного транспорта. Такие предприятия включают в себя различные депо, вагоноремонтные заводы, гальванические и аккумуляторные цеха и т. д., которые сбрасывают в воду загрязнители широкого состава. Основным способом очистки является применение адсорбционных установок, в которых в качестве адсорбента используют бентонит. Данный тип адсорбента обладает высокой сорбционной способностью по отношению как к нефтепродуктам, так и к молекулам синтетических поверхностно активных веществ. Бентонитовая глина обладает возможностью адсорбции веществ из многокомпонентных смесей, осуществляя эффективную очистку стоков до ПДК с возвратом воды в технический цикл. Сорбционный механизм включает в себя молекулярный ионообменный и хемосорбционный характер [15, с. 63].

Ужесточение требований к очищенным стокам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйственного назначения, и объективная ограниченность возможностей их традиционной биологической очистки обуславливают необходимость в поиске новых видов достаточно дешевых сорбентов с эффективными сорбционными свойствами из доступных видов сырья или промышленных отходов.

Литература:

1. Краснова Т. А., Беляева О. В., Кирсанов М. П. использование активных углей в процессах водоподготовки и водоотведения // Техника и технология пищевых производств. — 2012. — № 3. — С. 1–11.
2. Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. — 2013. — № 9. — С. 119–122.
3. Рокотянская В. В., Россинская М. В. Анализ влияния антропогенных факторов промышленного производства на окружающую среду (на материалах легкой промышленности) // Вестник Адыгейского государственного университета. — 2011. — № 2. — С. 1–8.
4. Земскова Л. А. Модифицированные углеродные волокна: сорбенты, электродные материалы, катализаторы // Вестник дальневосточного отделения российской академии наук. — 2009. — № 2. — С. 39–52.
5. Калюкова Е. Н., Иванская Н. Н. Адсорбционные свойства некоторых природных сорбентов по отношению к катионам хрома(III) // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2011. — № 4. — С. 496–501.
6. Валинурова Э. Р., Гимаева А. Р., Кудашева Ф. Х.. Исследование процесса сорбции ионов хрома (ІІІ) и хрома (VІ) из воды активированными углеродными адсорбентами // Вестник Башкирского университета. — 2009. — № 2. — С. 385–388.
7. Калюкова Е. Н., Иванская Н. Н. Количественные характеристики процесса сорбции катионов никеля (II) и марганца (II) на природном сорбенте опоке // Башкирский химический журнал. — 2009. — № 3. — С. 54–58.
8. Ульянова В. В., Собгайда Н. А., Шайхиев И. Г. Адсорбционная очистка сточных вод от ионов свинца // Вестник Казанского технологического университета. — 2012. — № 23. — С. 120–122.
9. Кавалерская Н. Е., Струсовская Н. Л., Ферапонтов Н. Б. Кинетика набухания и сорбционные свойства геля сшитого полиакриламида // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2009. — № 23. — С. 796–804.
10. Беляева О. В., Краснова Т. А. Влияние присутствия органических компонентов различной природы на адсорбцию анилина из сточных вод углеродными адсорбентами // Вода: химия и экология. — 2011. — № 11. — С. 76–80.
11. Еремина А. О., Головина В. В., Угай М. Ю., Рудковский А. В. Углеродные адсорбенты из отходов переработки древесины для очистки сточных вод // Успехи современного естествознания. — 2005. — № 8. — С. 29.
12. Головина В. В., Еремина А. О., Угай М. Ю., Винк В. А. Адсорбция молочной кислоты из водных растворов углеродными адсорбентами // Современные наукоемкие технологии. — 2006. — № 3. — С. 101.
13. Хлынина Н. Г., Алексейко И. С. Изучение сорбционных свойств сорбентов в статических условиях // Вестник КрасГАУ. — 2008. — № 1. — С. 92–99.
14. Тарасова Е. В. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий // Известия МГТУ «МАМИ». — 2010. — № 1. — С. 170–174.
15. Нистратов А. В., Клушин В. Н., Мухин В. М., Колесников А. В., Беккерева Ю. В. 36 Особенности доочистки сточных вод гальванических производств от дизельного топлива современными активными углями // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2014. — № 1. — С. 96–103.
16. Абдимуталип Н. А., Саинова Г. А., Тойчибекова Г. Б. Сорбционный метод очистки сточных вод предприятий железнодорожного транспорта // Современные наукоёмкие технологии. — 2012. — № 11. — С. 63–66.