CC BY
4УДК 504.4.064.47:546.192.3
Использование железных стружек для осаждения мышьяка
из природных вод
А. Т. Исаханова, М. С. Сахавова
Создание эффективных методов очистки природных вод от соединений мышьяка является актуальной задачей, тесно связанной с охраной здоровья [1 - 2]. Повышенное содержание мышьяка наблюдается в подземных источниках водоснабжения Тарумовского и Кизлярского районов Республики Дагестан [3]. Методом отгонки [4] нами были проанализированы некоторые источники водоснабжения на содержание мышьяка. Данные приведены в табл. 1
Таблица 1
№ Место отбора проб Кол-во проб Содержание лб, мг/л методом отгонки Дата отбора проб
1 Тарумовский район с. Кочубей, скв. 1 4 0,075 30.04.07 г.
2 Тарумовский район с. Кочубей, скв. 2 4 0,100 30.04.07 г.
3 г. Кизляр, скв. 4 4 0,140 2.04.07 г.
Из таблицы видно, что содержание мышьяка в этих источниках в 1,5 - 3 раза превышает ПДК.
Прогрессивным направлением в технологии очистки воды является применение электрохимических методов, в частности методов очистки воды в электролизере с растворимыми электродами - электрокоагуляции. В качестве растворимого анода нами был использован твердый отход - железная стружка, ограниченная капроновой сеткой, а катодом служила медная пластинка.
Вследствие растворения железной стружки при электролизе вода обогащается соответствующими ионами железа, образующими затем в нейтральной или слабощелочной среде под воздействием растворенного в воде и подаваемого компрессором кислорода гидроксид железа (II), переходящий в гидроксид железа (II), который имеет значительно большую емкость по сравнению с гидроксидом железа (II). Аномально высокая адсорбционная способность коагулянта электрогене-рированного гидроксида железа (III) обусловлена предельно малым размером частиц, образующих этот коагулянт.
Реакции, протекающие на электродах: на катоде на аноде
2Н2О + 2ё = Н2 Т + 20Н- - 2ё = ¥е2+
в объеме раствора: Ге2+ + 2ОН = Ге(ОН)2 4¥е(ОН)2 + О2 + 2Н2О ^ 4¥е(ОН)з
Электрокоагуляция протекала в нейтральных или слабощелочных водах. Работа проводилась вначале на модельных растворах, а затем - на природной воде как в стационарном, так и в проточном режиме.
Воду, имеющую рН от 7 до 8, обрабатывали при разной силе тока: от 0,02 А до 0,1 А и при разной продолжительности электролиза, с подачей воздуха и без подачи воздуха и при разных скоростях протекания воды.
На рис. 1 приведена зависимость остаточного содержания мышьяка от времени электролиза при разной силе тока.
Саб, мг 1,0
0,8
0,6 0,4 0,2
15 30 45 60 90 т, мин
Рис. 1. Зависимость остаточного содержания мышьяка от времени электролиза при различной силе тока (модельный раствор). 1 - I = 0,02 А; 2 - I = 0,05 А; 3 - I = 0,05 А с подачей воздуха; V = 250 мл
Из рис. 1 видно, что в последнем случае (кривая 3) быстрее снижается концентрация мышьяка.
В табл. 2 приведены результаты коагуляции мышьяка в зависимости от скорости протекания исследуемой воды и силы тока. При скорости протекания воды 4,6 л/час лучшие результаты получаются при силе тока 0,1 А, а для скорости 2,3 л/час при тех же значениях силы тока концентрация мышьяка снижается до значений ниже ПДК во всех случаях.
Таблица 2. Результаты коагуляции мышьяка в зависимости от скорости протекания исследуемой воды и силы тока (модельный раствор)
Шстружки = 25 г; Сисх аб = 0,070 мг/л
Скорость, л/час 4,6 2,3
Сила тока, А 0,02 0,05 0,1 0,02 0,05 0,1
Остаточное содержание аб, мг/л 0,060 0,050 0,035 0,035 < 0,005 < 0,005
Электролизу подвергали природную воду: 1. Тарумовского района, сел. Кочубей, скв. 1 и 2;
2. г. Кизляра, скв. 4.
Электрокоагуляция проводилась как в стационарном, так и в проточном режиме (табл. 3, 4).
Таблица 3. Результаты электрокоагуляции мышьяка в природной воде
(стационарный режим) Вода сел. Кочубей. тстружки = 25 г; Сисх А = 0, 075 мг/л I = 0, 05 А; и = 14 В;
Время, мин 0,5 1 3 5 10
Остаточное содержание мышьяка, мг/л 0,040 0,030 0,020 0,010 <0,005
Из табл. 3 видно, что с подачей воздуха уже через полминуты содержание мышьяка становится ниже ПДК, а через 10 мин ГОСТовским методом мышьяк не обнаруживается. Предел обнаружения мышьяка этим методом составляет менее 0,005 мг/л.
А в электролизере в проточном режиме применялись разные скорости протекания воды.
Таблица 4. Результаты электрокоагуляции в природной воде (проточный режим) в зависимости от скорости протекания воды
Вода г. Кизляра
тстружки = 25 г; Сисх аб = 0,140 мг/л; I = 0,05 А; И = 9 В;
Скорость протекания, л/час 0,4 0,8 1,5
Остаточное содержание мышьяка, мг/л < 0,005 0,01 0,015
Как видно из табл. 4, при скорости 0,4 л/час остаточное содержание мышьяка менее 0,005 мг/л, а при других скоростях - в несколько раз ниже ПДК.
Предлагаемый метод является перспективным с учетом того, что природную воду можно очистить от мышьяка, одновременно решая проблему утилизации твердых отходов - железных стружек.
Растворение 1 г железа эквивалентно введению в воду 4,8 г ЕеС1з'6Н20 или 4,9 г Ее8047Н20.
Литература
1. Зигель Х., Зигель А. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. - М.: Мир, 1993. - С. 197.
2. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. - М.: Высшая школа, 1987. - С. 472
3. Омариева Э.Я., Пантина Л.Ю., Алиева А.А. Гигиенические проблемы водоснабжения и состояния здоровья населения регионов Северного Кавказа // Тез. докл. 4-й Межд. конф.: Вода. Экология и технология. - М., 2000.
4. ГОСТ 4142 - 89. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации мышьяка.
