CC BY
96
• • • Известия ДГПУ, №4, 2008
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК: 002.8:546.19
ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ МЫШЬЯКА
© 2008Алиев З.М., Мугашев Р.К., Шапиев Б.И.*, Исаханова А.Т.
Дагестанский государственный университет, ^Дагестанская государственная медицинская академия
Определены методы очистки природных вод от соединений мышьяка, что особенно актуально для районов Северного Дагестана, где ощущается острый дефицит питьевой воды.
The methods of purification of natural waters from arsenic compounds have been defined. It is particularly urgent for the regions of Northern Daghestan, where drinking water famine takes place.
Ключевые слова: очистка воды, соединение мышьяка, электрокоагуляция, адсорбция.
Keywords: water purification, arsenic compounds, electrocoagulation, adsorption.
Дефицит качественной питьевой воды, отвечающей всем
предъявляемым требованиям, стал одной из самых острых социальноэкологических проблем
современности и встал в ряд глобальных, так как для нормального функционирования промышленности и сельского хозяйства, коммунальнобытовой сферы необходимо огромное количество чистой воды, пригодной для использования. Специфика проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой
заключается не в дефиците водных ресурсов, а в отсутствии или недостаточности проводимых
соответствующих мероприятий для надлежащей очистки воды,
подаваемой в водопроводную сеть, а также в нерациональном ее использовании [2, 5].
В Северном Дагестане (Кизлярский, Тарумовский,
Бабаюртовский, Хасавюртовский и Ногайский районы) основным, а часто и единственным источником водоснабжения населения являются подземные воды Терско-Кумского артезианского бассейна. По данным проведенных лабораторных
исследований, почти в 40-65% проб воды из артезианских
водоисточников в этих районах РД содержание мышьяка колеблется от 0,05 до 0,7 мг/л, то есть превышает ПДК в 14 раз [1,3].
Актуальны научные исследования, направленные на разработку новых экономически выгодных и экологически безопасных способов очистки природной воды от соединений тяжелых металлов, в том числе соединений мышьяка, и улучшение качества санитарно-
гигиенических характеристик
используемой воды.
В ходе данной работы были проведены анализы образцов вод на содержание мышьяка из нескольких источников водоснабжения
населенных пунктов Адильянгиюрт и Хамаматюрт Бабаюртовского района. Анализ производился методом определения массовой концентрации мышьяка (ГОСТ 4152-89). Полученные результаты анализов приведены в табл. 1.
Из таблицы 1 видно, что содержание мышьяка в этих источниках превышает ПДК. В ходе выполнения данной работы для очистки природных вод от соединений мышьяка были использованы методы сорбции и электрокоагуляции. Эксперимент проводился вначале на модельных растворах, а затем - на образцах природной воды.
Таблица 7
Результаты анализов массовой концентрации мышьяка
Место отбора проб Количество проб Содержание As, мг/л Соотношение с ПДК Дата отбора
с. Адильянгиюрт 2 0,076 1,52 25.02.09 г.
с. Хамаматюрт 2 0,084 1,64 25.02.09 г.
Для очистки образцов вод от соединений мышьяка был использован метод сорбции свежеосажденным гидроксидом железа, для чего вводили различные дозы соли сульфата железа РеБ04 и гидрокарбоната натрия 1ЧаНС03 в обрабатываемую воду и продували микрокомпрессором в течение 10 мин до момента образования хлопьевидного гидроксида железа
(III). После полного осаждения соединений мышьяка воду профильтровывали. Дозу FeS04 подбирали так, чтобы соблюдалось стехиометрическое соотношение: [As] = 20 [Fe], В обработанной таким методом воде определяли остаточное содержание мышьяка. Данные исследования приведены в табл. 2.
Таблица 2
Данные по эффективности коагуляции на модельных растворах
Исходная концентрация As, мг Остаточная концентрация As, мг Эффективность коагуляции, %
1,5 0,21 86,0
1,5 0,125 92,0
1,5 0,10 93,4
1,5 0,08 94,6
1,5 0,30 80,0
1,0 0,32 СО О
1,0 0,20 80,0
1,0 0,15 85,0
1,0 0,125 88,0
1,0 0,086 91,4
Как видно из таблицы 2, эффективность коагуляции по данной методике достигает 95%. Ввиду того, что содержание соединений мышьяка в исследованных природных подземных водах меньше, чем в модульных растворах, эффективность
адсорбции приближается к 100%. Мышьяк, осажденный на гидроксиде железа, десорбировали растворами гидроксида натрия различных концентраций: от 0,05 М до 0,2 М. Полученные результаты приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты десорбции мышьяка с осадка гидроксидом натрия
Исходная концентрация As, мг Концентрация элюента, моль/л Объем пропускаемого элюента, мл Эффективность вымывания, %
1,0 0,05 70 45
1,0 0,05 70 46
1,0 0,1 90 90
1,0 0,1 90 85
1,0 0,2 100 89
1,5 0,05 120 25
1,5 0,05 120 41
1,5 0,05 120 44
1,5 0,1 75 84
1,5 0,1 90 77
1,5 0,2 100 54
1,5 0,2 100 60
Из таблицы видно, что наибольший эффект десорбции достигается при 0,1 М концентрации раствора щелочи при объеме элюента 90-100 мл.
Исследована температурная зависимость эффективности
вымывания мышьяка гидроксидом натрия из сорбента - гидроксида железа (III).
Рис. 7. График зависимости вымывания мышьяка из гидроксид а железа (III) гидроксидом натрия от температуры:
7 — Сисх Лб - 7 мг; 2 — Сисх■ Лз- 7,5 мг
Для очистки воды от соединений мышьяка также был применен метод электрокоагуляции. При этом в качестве растворимого анода были использованы твердые отходы -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 гидроксид железа (II), переходящий под воздействием растворенного в воде и подаваемого компрессором кислорода в гидроксид железа (III), имеющий большую адсорбционную емкость по отношению к ионам мышьяка. Процесс проводился в стационарном и проточном режимах электролиза: а) стационарный
режим, время выдержки 0,5-10 мин; б) проточный режим при скорости 5 л/час. Сила тока составляла 0,05 А, масса стружки - 25 г.
Таблица 4
Результаты электрокоагуляции соединений мышьяка в природной воде (стационарный режим), гпстружки — 2.5 Г', Сисх. Аэ — 0,064 мг/лI — 0,05 А, и — 14В
Время, мин 0,5 1,0 3,0 5,0 10,0
Остаточное содержание мышьяка, мг/л 0,040 0,030 0,020 0,010 < 0,005
Из таблицы 4 видно, что с подачей ниже ПДК, а через 10 мин он не
воздуха уже через полминуты обнаруживается методами ГОСТа,
содержание мышьяка становится
Таблица 5
Результаты электрокоагуляции в природной воде (проточный режим)в зависимости от скорости протекания исследуемых проб вод, отобранных из водоисточника с Хамаматюрт Бабаюртовского района. Шаружки = 25 г; Сисх. as = 0,084 мг/л; I = 0,05 A, U = 14 В
Скорость протекания, л/ч 0,4 0,8 5,0
Остаточное содержание мышьяка, мг/л < 0,005 0,010 0,015
В ходе электролиза
образующиеся в растворе коллоидные частицы гидроксида железа (II и III) адсорбируют
находящиеся в растворе соединения мышьяка, что позволяет снизить содержание последних до концентраций ниже ПДК.
Примечания
1. Газалиев И.М., Курбанов М.К. Экологические проблемы природных вод Дагестана//Материалы научно-практической конференции «Геоэкологические проблемы освоения и охраны ресурсов подземных вод Восточного Предкавказья». Махачкала: ДНЦ РАН, 2003. С. 171. 2.
Государственный доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в РДза 2000 г. Раздел 1. -Махачкала: ГУП Дезинфекционист, 2001. С. 8-14. 3. Гусейнова А.Ш., Базманова П.М.
Гидрохимическая характеристика подземных вод Древнекаспийско-Апшеронских отложений северо-дагестанекого артезианского бассейна//Материалы научно-практической конференции «Геоэкологические проблемы освоения и охраны ресурсов подземных вод Восточного Предкавказья». Махачкала: ДНЦ РАН, 2003. С 39-42. 4. Израэль Ю.А. Экология и контроль
состояния природной среды. М: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с. 5. Омариева Э.Я., Пантина Л.Ю. Гигиенические проблемы водоснабжения и состояние здоровья населения регионов Северного Кавказа//Тез. докл. 4-ой Международн. конф. «Вода. Экология и технология». М., 2000. С. 65-66.
Статья поступила в редакцию 20.09.2009 г.
