НЕТРАДИЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ - ЛОВЦЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Актуальные публикации по вопросам экологии и природопользования.

NEW ЭКОЛОГИЯ


ЭКОЛОГИЯ: новые материалы (2024)

Меню для авторов

ЭКОЛОГИЯ: экспорт материалов
Скачать бесплатно! Научная работа на тему НЕТРАДИЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ - ЛОВЦЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные ссылки

BIBLIOTEKA.BY Беларусь - аэрофотосъемка HIT.BY! Звёздная жизнь


Автор(ы):
Публикатор:

Опубликовано в библиотеке: 2014-08-11
Источник: Наука в России, № 3, 2011, C. 14-18

Доктор технических наук Татьяна БУДЫКИНА, Юго-Западный государственный университет (г. Курск)

Современная промышленность не может обходиться без использования огромных объемов воды. Но участвуя в производственном цикле, вода по пути вбирает в себя большое количество загрязнений, в том числе токсичных для человека и окружающей среды. Поиск эффективных методов их последующего удаления - актуальная задача, стоящая перед исследователями. Один из перспективных подходов - применение в этих целях нетрадиционных реагентов.

ИСЧЕЗАЮЩЕЕ БОГАТСТВО

Изменения климата на планете приводят к тому, что все большие ее территории охватывает засуха или длительное затопление. А это ведет к прогрессирующей нехватке питьевой воды. Согласно данным ООН, около 700 млн. человек в 43 странах мира постоянно пребывают в условиях такого дефицита и вызванного им стресса. Примерно треть населения Земли не имеет доступа к воде для бытовых нужд, шестая часть - к чистой питьевой. Из-за ее недостатка и плохого качества ежегодно болеют 500 млн. человек, из них 10 млн. (главным образом дети) умирают. Согласно прогнозу российских ученых, между 2035 - 2045 гг. объем пресной воды, потребляемой населением планеты, сравняется с ее ресурсами. Впрочем, глобальный кризис в данной сфере может насту-
стр. 14

Реагент "Аквамаг" разных степеней измельчения.

пить даже раньше, ибо большие запасы воды уже сегодня остаются лишь в нескольких странах (в их числе и наша), другие же испытывают ее острый дефицит. Вот почему многие эксперты утверждают, что в ближайшем будущем вода будет рассматриваться как третий ресурс по объему приносимых доходов после нефти и газа, а за обладание им развернется соперничество среди ведущих государств мира.

К тому же наблюдающийся уже достаточно давно безудержный, неконтролируемый промышленный рост во многих регионах планеты несет в себе немало негативных последствий. Без особого преувеличения можно сказать, что речная сеть Земли фактически превратилась в естественную канализационную систему цивилизации, где в больших количествах присутствуют рукотворные загрязнители: минеральные удобрения, пестициды, поверхностно-активные вещества, соли тяжелых металлов, нефтепродукты. Кроме того, в водоемы поступают болезнетворные бактерии.

Для России - на ее территории сосредоточено 22% мировых запасов пресной воды - казалось бы, опасность такого рода неактуальна. На самом деле это не так. В связи с большой долей производств, связанных с переработкой ископаемого сырья, снижением обшей экологической культуры населения нагрузка на источники воды усилилась. В результате качество ее во многих местах ухудшается. Правда, пока антропогенное воздействие у нас в 4 раза меньше среднемирового (0,13 млн. человек на 1 км3), годовое уменьшение запасов водных ресурсов составляет около 1% (в мире 5%), кратность разбавления сточных вод (в 58 раз) более чем вдвое превышает среднемировую. Тем не менее в самых обжитых и населенных регионах России обстановка неудовлетворительная. Хотя нельзя признать ее благополучной и там, где жителей значительно меньше. Например, на северо-востоке страны (треть общей территории) лишь 1/3 ресурсов речных вод можно признать чистыми.

В целом же географическая особенность всех упомянутых загрязнений у нас состоит в том, что основные промышленные районы с высокой концентрацией населения располагаются в верховьях рек. Именно поэтому такие крупные из них, как Волга, Дон, Урал, Обь, Енисей, Печора, практически на всем протяжении оцениваются как загрязненные, а их притоки - Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Тура - и вовсе признаны сильнозагрязненными. И, к сожалению, при существующих системах централизованного водоснабжения в большинстве наших городов и поселков состояние водных источников не может гарантировать требуемого качества питьевой воды.

ЕСТЬ ЛИ ВЫХОД?

Как считают специалисты, меры необходимо принимать минимум в двух направлениях: с одной стороны, стремиться предотвращать загрязнения поверхностных и подземных вод, с другой - проводить очистку воды перед использованием. Решение первой задачи - предмет отдельного исследования. Мы же в этой статье уделим внимание второй.

Свыше 40 лет назад один из создателей прикладного научного направления - химии и технологии очистки воды - академик АН УССР Леонид Кульский предложил разделить все загрязнители на 4 группы в зависимости от формы нахождения их в воде и сгруппировал методы удаления этих веществ. В последующем соответствующие технологии были заметно усовершенствованы, разработаны и новые.

В настоящее время наиболее распространены методы, направленные на выделение из воды взвешенных частиц, удаление растворенных в ней примесей,
стр. 15

Зависимость содержания ионов металлов от времени контакта с реагентом; под номером 2 - опыт с прокаленным при 800°C "Аквамагом".

Зависимость содержания красителя от времени контакта с реагентом.

обеззараживание. При этом применяют коагуляцию*, сорбцию**, обработку ультрафиолетом и пр. Для реализации процессов используют вспомогательные вещества - реагенты, позволяющие интенсифицировать ход очистки, извлекать загрязнители, обесцвечивать воду. В числе традиционных - соли алюминия, железа, кальция и др. К сожалению, все они имеют ряд недостатков: несмотря на высокую стоимость, не обеспечивают финишную очистку до норм предельно допустимых концентраций вредных соединений, подкисляют или перещелачивают воду, что требует дальнейшей ее нейтрализации, а соответственно - расхода дополнительных реагентов. Кроме того, реагенты применяются в избыточном количестве, что приводит к образованию повышенной концентрации их в воде и отрицательно влияет на живые организмы. Так, использование солей алюминия нежелательно не только из-за высокого остаточного содержания самого этого химического элемента в очищенных водах, но и негативного воздействия на организм человека***, проявляющегося в нарушении обмена веществ, в особенности минерального, функций нервной системы.

Избирая тот или иной способ, необходимо учитывать и местные особенности. Скажем, реагенты, содержащие железо, для Курской области неприемлемы из-за сверхнормативного содержания его в водах региона.

За последние несколько лет в экобиозащитной технике появились новые, нетрадиционные реагенты (подробнее о них пойдет речь ниже), свободные от перечисленных недостатков, но сведений об их свойствах, границах применения пока недостаточно. Для восполнения этого пробела мы в 2008 - 2010 гг. провели экспериментальные исследования по определению их эффективности, выбора оптимальной концентрации, режима дозирования, возможности замены ими традиционных реагентов.

Нами были испытаны появившиеся на рынке отечественных природоохранных услуг в последние 2 - 3 года "Аквамаг", производимый "Русским горно-химическим обществом" (Москва), и титановый коагу-

* См.: Н. Калетина, Г. Калетин. Микроэлементы - биологические регуляторы. - Наука в России. 2007, N 1 (прим. ред.).

* Коагуляция - процесс, состоящий во внесении в жидкую среду химического реагента (коагулянта) с целью дестабилизации взвешенных коллоидных частиц и их последующего хлопьеобразования (прим. ред.).

*** Сорбция - поглощение твердым телом или жидкостью какого-либо вещества из окружающей среды (прим. ред.).
стр. 16

Порошкообразный "Аквамаг" очищает воду от кислотного ярко-зеленого красителя: слева - до контакта с реагентом, справа - после контакта.

лянт, выпускаемый ООО "ЛУКОЙЛ-Коми" (г. Ухта, Республика Коми). Первый из них предназначен для очистки воды от растворенных загрязняющих веществ и представляет собой магнийсодержащее соединение с преобладанием оксида магния. Получают его путем дробления природного минерала брусита, добываемого в Кульдурском месторождении (Еврейская автономная область), причем степень измельчения зависит от решаемых задач. Второй реагент лучше всего подходит для удаления из воды взвешенных веществ, а по составу является композицией на основе оксидов, гидроксидов, сульфатов и оксигидросульфатов титана и алюминия.

Эффективность действия этих двух нетрадиционных реагентов проверяли на природных водах Курской области и стоках машиностроительных, деревообрабатывающих предприятий, трикотажного комбината, птицефабрики, сахарного завода, молочного цеха. В качестве загрязнителей изучали вещества как органического происхождения - красители, фенолы, так и неорганического - соли тяжелых металлов, взвеси. Предстояло выяснить, насколько нетрадиционные реагенты эффективны в деле защиты гидросферы.

ПЯТЬ НАПРАВЛЕНИЙ

Прежде всего мы попытались ответить на вопрос, как "Аквамаг" справляется с удалением из воды ионов тяжелых металлов - меди и трехвалентного хрома (Сг+). Дело в том, что сточные воды, содержащие их, а также ионы других тяжелых металлов - никеля, цинка, кадмия и т.д., представляют значительную опасность для окружающей среды, ибо эти компоненты длительное время сохраняются в биосфере (от нескольких десятков до тысяч лет), обладают способностью накапливаться в пищевых цепях и в больших дозах ядовиты для живых существ. Поэтому к очистке стоков от тяжелых металлов предъявляются жесткие требования. Обычно само удаление проводят реагентным, ионообменным, сорбционным и другими методами. Наиболее распространен традиционный способ - реагентный с добавлением извести. А можно ли использовать с той же целью упомянутый "Аквамаг"? Нами показано: да, он пригоден для освобождения воды от ионов меди с высокой их концентрацией - 30 - 35 мг/л. Степень очистки уже через 30 мин с начала контакта с реагентом составляет 72%, что позволяет рекомендовать его для очистки сточных вод гальванических производств.

Очень актуально уменьшение содержания ионов хрома (Cr3+) в сточных водах машиностроительных и особенно кожевенных заводов, где концентрация ионов этого металла достигает 11,2 мг/л, что более чем на порядок выше предельно допустимой нормы.

Наши опыты показали: при начальной концентрации этого загрязнителя 24,5 мг/л уже в течение первых 10 мин с начала контакта с "Аквамагом" обеспечивается 100%-ное удаление ионов хрома (3+). В итоге мы разработали технологии очистки, не требующие последующей нейтрализации воды, так как она при этом не перещелачивается, и, в конце концов, позволяющие создать менее затратную замкнутую систему водоснабжения.

Второе направление наших работ - применение нетрадиционных реагентов для очистки воды от органических сильнотоксичных соединений - фенолов. Как известно, они используются для получения фенолформальдегидных смол, применяемых в производстве фенопластов, синтетического волокна, медицинских препаратов, антисептиков, красителей, моющих средств, пестицидов и пр., а потому присутствуют в стоках коксохимической, нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, фармацевтической и других отраслей промышленности.

Основные недостатки традиционных способов борьбы с этими опасными загрязнителями - длительность получения необходимых сорбентов и высокая их стоимость, недостаточная степень удаления фенолов, необходимость нагревать очищаемые растворы и реагенты. Мы попытались применить с той же целью "Аквамаг" и показали, что при пропускании через него сточных вод, образующихся на деревообрабатывающем предприятии "Изоплит" (г. Обоянь Курской области), происходит 100%-ное удале-
стр. 17

Нетрадиционный реагент - титановый коагулянт.

Титановый коагулянт очищает мутные воды: слева - до контакта с реагентом, справа - после контакта.

ние фенола из воды. Кроме того, уменьшается ее окисляемость и содержание в ней солей. В дальнейших исследованиях выяснилось: данный магнийсодержащий реагент применим не только в деревообработке, но и в других производствах, требующих очистки воды от фенолов. (В январе 2011 г. предложенная нами технология использования "Аквамага" для удаления из воды ионов металлов и фенолов подтверждена патентом на изобретение.)

Третье направление нашего поиска связано с очисткой стоков после красильно-отделочных операций предприятий легкой промышленности. К сожалению, достигнуть 100%-ного удаления красящих веществ, как правило, не удается, хотя их компоненты губительны для водной фауны и флоры. Проведенные нами испытания "Аквамага" выявили, что он пригоден для эффективной очистки окрашенных растворов, образующихся на текстильных фабриках, трикотажных комбинатах, кожевенных заводах, в химчистках. В ходе опытов установлен вероятностный механизм извлечения из сточных вод кислотных красителей, определена сорбционная емкость реагента. Например, 100%-ная очистка воды от синего красителя достигается при контакте с ним не более 20 мин, от ярко-зеленого - спустя 30 мин. На основании этих экспериментов предложены соответствующие технологии для применения их в промышленности.

Четвертое направление исследований - нейтрализация кислых сточных вод. Как оказалось, при применении "Аквамага" не образуется труднорастворимый осадок (гипс), воды в результате обработки не перещелачиваются, не требует корректировки и pH (уровень кислотности) перед сбросом сточных вод в городской коллектор или водоем.

И, наконец, пятое направление - определение эффективности титанового коагулянта в удалении взвешенных веществ из природных и сточных вод в сравнении с традиционным коагулянтом (сернокислый алюминий) и несколькими другими соединениями сходного действия. В опытах, проводившихся нами со стоками птицефабрики и молочного завода, установлено: титановый коагулянт сравним по эффективности с оксихлоридами и сульфатом алюминия. При этом дозы этих веществ в пересчете на товарный продукт, как правило, выше доз титанового коагулянта при одинаковом эффекте очистки.

Подводя итог, отметим: наши исследования показали, что традиционные реагенты в экобиозащитной технике можно заменить менее затратными, более современными. При этом уменьшится не только плата предприятий за вывоз осадка, но и за сброс сточных вод за счет создания оборотной системы водопотребления.

Работа поддержана грантом Президента Российской Федерации для молодых ученых - докторов наук, N МД-563.2010.8

Новые статьи на library.by:
ЭКОЛОГИЯ:
Комментируем публикацию: НЕТРАДИЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ - ЛОВЦЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

© Татьяна БУДЫКИНА () Источник: Наука в России, № 3, 2011, C. 14-18

Искать похожие?

LIBRARY.BY+ЛибмонстрЯндексGoogle
подняться наверх ↑

ПАРТНЁРЫ БИБЛИОТЕКИ рекомендуем!

подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ?

ЭКОЛОГИЯ НА LIBRARY.BY

Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY в VKновости, VKтрансляция и Одноклассниках, чтобы быстро узнавать о событиях онлайн библиотеки.