CC BY
1Секция 9 УДК 628.16.08
КОРРЕКЦИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ПРИРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ
МАХМУТОВА ЖУЛДЫЗАЙ САГЫНДЫКОВНА
Старший преподаватель кафедры биологии, экологии и химии, Костанайский региональный университет имени А. Байтурсынулы, Костанай, Казахстан
П1Р1МОВА ЭЛЬМИРА РАЦЫМЖАЩЫЗЫ
Старший преподаватель кафедры биологии, экологии и химии, Костанайский региональный университет имени А. Байтурсынулы, Костанай, Казахстан
Аннотация: Изучены адсорбционные свойства природных сорбентов Костанайской области. Исследуемые сорбенты могут быть использованы для адсорбционной очистки воды ионов железа.
Ключевые слова: сорбенты, адсорбционные свойства, адсорбция, поверхностные воды, фотоколориметрический метод, оптическая плотность.
Наибольший пресс экотоксичности испытывает водная среда, являясь конечным резервуаром большинства загрязняющих веществ. Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы химического выветривания и растворения горных пород. Железо реагирует с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами, образуя сложный комплекс соединений, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
Содержание железа в поверхностных пресных водах составляет десятые доли миллиграмма. Основной его формой в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот - гуматами. Поэтому повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах (единицы миллиграммов), где концентрация гумусовых веществ достаточно велика. При рН = 8.0 основной формой железа в воде является гидрат оксида железа Fe(OH)3, находящийся во взвешенной коллоидной форме. В подземных водах железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.
Наличие железа в питьевой воде, не прошедшей фильтры воды для обезжелезивания, ухудшают ее вкус и запах, окрашивают воду в коричневый цвет. При регулярном употреблении такой воды возрастает опасность различных заболеваний внутренних органов -в первую очередь печени и почек. По органолептическим признакам предел содержания железа в воде практически повсеместно установлен на уровне 0.3 мг/л (а по нормам ЕС даже 0.2 мг/л).
В настоящее время водоочистка становится одним из самых распространенных технологических процессов. Перспективным представляется применение для очистки питьевой, технической и сточных вод природных сорбентов, месторождения которых имеются на территории Казахстана. Природные сорбенты представляют собой высокоэффективные и экологически чистые вещества, которые имеют отличную способность к адсорбции. Они являются перспективным минералом для использования очистки питьевой воды. Благодаря разнообразным физико-химическим свойствам природные сорбенты (цеолиты, бентониты,
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
опал-кристобаллитовые породы, палыгорскитовые глины и др.) играют все возрастающую роль в техническом прогрессе различных отраслей промышленности. В группу природных сорбентов относят горные породы и минералы, обладающие высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтровальными свойствами. Для них характерны различные механизмы сорбции, такие как: молекулярная сорбция, катионный обмен, ионный обмен, ионная сорбция. Одни виды природных сорбентов относят к минеральным образованиям с поверхностно-активными свойствами, с расширяющейся слоистой структурой, другие — вступают непосредственно в реакцию на основе катионного обмена как ионообменники (цеолиты, глаукониты, бентониты, палыгорскиты). Аморфные природные сорбенты представлены силикатами опалового типа, в основе их сорбционной активности — молекулярный обмен (опал-кристобалитовые породы). Для их практического использования имеют значения такие характеристики как механическая прочность и водостойкость [2].
В работе изучены адсорбционные свойства природных сорбентов месторождений Костанайской области.
Таблица 1. Природные сорбенты адсорбционной очистки воды от ионов железа (III).
№ Адсорбент Местонахождение
1 Асбест Костанайская область, г.Житикара
2 Руда Костанайская область, г.Житикара
3 Почва Кастанайская область, Денисовский район.,п. Перелески
4 Глина (желтая) г.Костанай
5 Глина (красная) Костанайская область, г.Житикара
6 Песок Костанайская область, г.Житикара
Из литературных данных следует, что адсорбция на границе твердое тело-раствор усложняется наличием третьего компонента - среды (растворителя), молекулы которого могут также адсорбироваться на поверхности адсорбента и являются конкурентами молекул адсорбтива. Таким образом, происходит адсорбция из смеси. Кроме того, адсорбция усложняется взаимодействием молекул адсорбтива с молекулами среды.
Метод исследования адсорбционной способности природных сорбентов по отношению к ионам железа (III) основан на определении концентрации катионов в пробах воды до и после адсорбции. Концентрация ионов железа в растворах определяли фотоколориметрическим методом. Сущность метода заключается в добавлении раствора тиоционата аммония или калия к анализируемой пробе воды с ионами железа и фотометрическом измерении оптической плотности образующегося кроваво-красного комплекса Fe3+ + SCN - = Fe (SCN ) 2+ [3].
Измерению оптической плотности исследуемых растворов проводили при длине волны 470 нм, при которой светопоглощение окрашенным соединением максимально. При измерении оптической плотности прибором в области максимального светопоглощения повышается чувствительность и точность определения.
Концентрацию ионов железа (III) в пробах воды определяли методам сравнения по формуле (1):
Сх=Сст*Ах/Аст ,
где Cor - известная концентрация ионов железа стандартного раствора; Cx - концентрация ионов железа исследуемой пробы воды с адсорбентами; Ax, Аст - оптические плотности стандартного и анализируемого раствора [3].
Результаты измерений оптической плотности растворов представлены в таблице 2. Из таблицы 2 следует, что оптическая плотность проб воды с адсорбентами меньше оптической
плотности контрольной пробы. Это свидетельствует о частичной адсорбции ионов железа сорбентами из растворов.
Таблица 2 - Оптические плотности проб воды до и после адсорбции ионов железа сорбентами.
№ Адсорбент Оптическая плотность растворов
1 Контрольная проба (без адсорбента) 0,253
2 Руда 0,147
3 Песок 0,123
4 Асбест 0,022
5 Глина (желтая) 0,024
6 Глина (красная) 0,025
7 Почва 0,029
В таблице 3 представлены экспериментальные данные по измерению концентрации ионов железа (III) в результате адсорбционной очистки воды. Из таблицы 3 видно, что наибольшая разница концентраций ионов железа между раствором контрольной пробы и растворами с адсорбентом получены при использовании асбеста и желтой глины, а наименьшая - руды. Следовательно, максимальная коррекция качества воды происходит при применении в качестве адсорбентов асбеста и желтой глины, минимальное, когда адсорбентом являлась руда. В первом случае разница составляет 3,63 и 3,62, во втором - 1,7.
Таблица 3 - Измерение концентрации ионов железа (III) в результате адсорбционной очистки воды.
№ Адсорбент Концентрация железа до адсорбции, г/мл Концентрация железа после адсорбции,г/мл 10-6
1 Контроль 4,0
2 Руда 2,30
3 Песок 2,04
4 Асбест 0,35
5 Глина(жел) 0,38
6 Глина(кр) 0,40
7 Почва 0,46
Наибольшей адсорбционной способностью по отношению к ионам железа обладает асбест, желтая глина, наименьшей - руда.
Количество адсорбированных ионов железа сорбентами - почва, красная глина, желтая глина, песок, асбест, руда составило 60,0 г, 54,0 г, 29,4 г, 54,3 г, 54,7 г, 25,5 г соответственно.
Адсорбционная способность асбеста в 2,15 раз, желтой глины в 2,13, красная глина в 2,12, почва в 2,08, песок в 1,15 раз больше адсорбционной способности руды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лозовик П.А. Аллохтонное и автохтонное органическое вещество в поверхностных водах Карелии / П.А. Лозовик, А.К. Морозов, М.Б. Зобков и др. // Водные ресурсы. - 2007. - Т. 34 (№ 2). - С.
2. РД 52.24.40-87. Методические указания. Определение гумусовых веществ в природных водах.- Ростов н/Д.: ГХИ, 1987. - 12 с.
3. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Часть 1 / под ред. Л. В. Боевой. - Ростов-на-Дону: НОК, 2009. - 1044 с.
4. Скопинцев Б.А., Гончарова И.А. Использование значений отношений различных показателей органического вещества природных вод для его качественной оценки // Современные проблемы региональной и прикладной гидрохимии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - С. 95-117
