Спосіб вилучення йонів цинку зі стічних вод

Спосіб вилучення йонів важких металів із забруднених природних і промислових стічних вод, 3 як бентоніти, вермикуліти, глауконіти, каолініти. Глини - осадкові гірські породи, які складаються, в основному, із глинистих мінералів і володіють властивістю пластичності. В глинах переважають частинки, розмір яких менший 0,01 мм. Монтморилонітові глини характеризуються високою пластичністю і застосовуються в нафтопереробній промисловості як компонент глинистих розчинів при бурінні, в металургії в якості зв'язки, в харчовій, хімічній, фармацевтичній галузях промисловості. Природні дисперсні мінерали мають цілий ряд цінних технологічних та фізико-хімічних властивостей, таких як адсорбційна здатність по відношенню до багатьох неорганічних та органічних сполук, іонообмінні властивості та спроможність зміни поверхневих властивостей під дією окремих модифікаторів. Сапоніт - мінерал з підкласу шаруватих силікатів, групи монтморилоніту. Кристалізується в моноклінній системі. Він є специфічним різновидом широкого поняття "бентоніт" і є новим видом мінеральної сировини багатогалузевого використання. Сапоніт відноситься до групи шаруватих алюмосилікатів типу 2:1 і є триоктаедричним Mgмонтморилонітом. Сапоніт (від лат. sapo, родовий відмінок saponis - мило), мильний камінь, мінерал з підкласу шаруватих силікатів, групи монтморилоніту. Кристалізується в моноклінній системі. У вологому стані скупчення на дотик м'які і жирні, в сухому - щільні, крихкі. Колір білий, жовтуватий, червонуватий. Твердість сапоніту (сухого) за мінералогічною шкалою 2,5; густина 22403 2300 кг/м . Основні поклади сапоніту в Україні знаходяться в Хмельницькій області - біля сіл Ташки та Варварівка, загальна потужність запасів оцінюється в понад 40 млн. тон. Мінерал вважається відносно мало поширеним, структура сапоніту може бути частково впорядкованою. Сапоніт володіє високою здатністю до катіонного обміну. Ємність катіонного обміну коливається в залежності від характеру обмінних катіонів. Мінерал володіє також високою сорбційною здатністю, тому сапоніт може бути використаний як природний сорбент для водопідготовки та водоочищення. У поверхневі природні водойми з промисловими стічними водами надходить така велика кількість йонів важких металів, що вони стають істотною перешкодою для життєдіяльності мікроб іонів. Незважаючи на те, що скорочення промислового виробництва призвело до зменшення антропогенного тиску на водні екосистеми, і концентрація йонів важких металів у воді більшості водних об'єктів продовжує зменшуватися, ситуація забруднення цими йонами є складною. У 2007 році спостереження за станом забруднення поверхневих вод за гідрохімічними показниками проводилося в Україні на 151 водному об'єкті (в тому числі на 127 річках). Високе забруднення було зафіксовано на 70 з них. При цьому у 40% випадків спостерігалося високе забруднення води йонами Zn2+. Щорічно в стічних водах гальванічних цехів втрачається більше 3,3 тисяч тон цинку. Крім вказаних втрат, що виносяться стічними водами з очисних споруд гальванічного виробництва, встановлено, що сполуки цинку становлять велику загрозу для екосистем. Навіть при малих концент 54826 4 раціях (0,001 г/дм3) Zn2+ гальмує розвиток, а при більших (більш ніж 0,004 г/дм3) визиває токсичну дію на водну фауну. ГДК Zn2+ становить 1мг/дм3, тоді як вміст Zn2+ у стічних водах гальванічних це3 хів складає 60-80 мг/дм . Отже, очищення виробничих стічних вод від цинку являє собою складне, але водночас важливе науково-технічне та екологічне завдання. Найпоширенішими методами видалення йонів важких та кольорових металів із забруднених водних систем є реагентні, мембранні та електрохімічні. Для видалення важких металів зі стічних вод найбільш розповсюджені реагентні методи очистки, суть яких є перетворення розчинних у воді речовин у нерозчинні при додаванні різних реагентів з наступним видаленням їх з води у вигляді осадів. Із електрохімічних методів очистки стічних вод від Zn2+ найбільш широко застосовується електрокоагуляція. Суть процесу полягає в розчиненні анодів під дією електричного струму, яке супроводжується підлуженням розчину, що призводить до утворення гідроксидів. В якості коагулянту виступають гідроксиди алюмінію та заліза. Методи мембранного розділення, які використовують в технології видалення важких металів зі стічних вод, умовно поділяють на мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, зворотний осмос, випаровування через мембрани, діаліз та електродіаліз. Підвищення вимог до якості питної води та допустимих концентрацій забруднень в промислових стічних водах, які скидаються у водойми, змушує шукати нові, екологічно чисті та економічно вигідні способи видалення з них йонів важких металів. До таких методів, які успішно застосовуються для рішення цієї проблеми і є достатньо ефективними, можна віднести сорбцію на природних глинистих сорбентах, в тому числі і для сорбції йонів цинку. Запропонований спосіб активації сорбенту сапоніту розчином соляної кислоти дає можливість проводити більш активний процес сорбції, зокрема, йонів цинку. Це відбувається за рахунок створення на поверхні сорбенту додаткових активних центрів - дефектів поверхні. Сутність запропонованого способу пояснюють наступні приклади: Приклад 1. Активацію глинистого мінералу сорбенту сапоніту проводили розчином соляної кислоти. Наважку сапоніту масою 50 г поміщали в конічну колбу ємністю 250 см3 та додавали 20%-ий розчин соляної в кількості 135 см3 (співвідношення Т:Р=1:3). Реакційну суміш кип'ятили на протязі двох годин зі зворотнім водяним холодильником, аби запобігти випаровуванню кислоти та значному зменшенню її концентрації внаслідок втрат. Після сплину 2 годин, реакційну суміш охолоджували та відфільтровували на воронці Бюхнера. Отриманий продукт багатократно промивали дистильованою водою до моменту, поки в промивних водах не встановлювався нейтральний рівень рН. Активований сорбент сушили протягом 3 годин при 105°С. Приклад 2 5 54826 Для порівняння ефективності сорбції від йонів цинку активованим сорбентом сапонітом по Прикладу 1 та природним сапоніном у конічні колби поміщали по 100 см3 досліджуваного розчину кон2+ 3 центрацією C(Zn )=100 мг/дм та адсорбент масою 1 г. Потім за допомогою розчинів НСl та NaOH встановлювали значення рН=9. Розчин струшували на протязі 1 години. Температура досліду 20°С. Після цього суспензію фільтрують, та методом прямого титрування визначають ступінь вилучення адсорбату, яка для активованого сорбенту сапоніту складала 96,84% , для природного 90,2%. Приклад 3 Для визначення оптимальних значень процесу сорбції на активованому по Прикладу 1 сорбенті сапоніті були проведені серії дослідів, результати яких показали, що оптимальне значення рН=9, концентрація йонів Zn2+ - 45,7 мг/дм3, доза активо Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 6 ваного по Прикладу 1 сорбенту сапоніту 1 г/100 см3, час контактування "вода-сорбент сапоніт" - 1 година. За цих умов ступінь вилучення адсорбату складає 99,96%. Таким чином, сукупність суттєвих ознак винаходу - корисної моделі, що заявляється, дозволяє виконувати очистку забруднених природних і промислових стічних вод, при цьому досягають ступінь вилучення адсорбенту більш, ніж на 95%, і отримувати якісне очищення від йонів цинку при мінімальних затратах на реактант. Запропонований спосіб є новим та промислово застосованим на типовому обладнанні для очищення стічних промислових вод та водопідготовки. Сукупність суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, невідома з рівня техніки та може бути застосована в таких сферах промисловості, як водоочистка та водопідготовка. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601