CC BY
9
УДК 628.316.12
Морозова П.С. Кручинина Н.Е.
ПАЛЫГОРСКИТОВАЯ ГЛИНА В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАТА ПОЛИГОНА ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ ОТ ИОНОВ МЕДИ
Морозова Полина Сергеевна - бакалавр 4-го года обучения кафедры промышленной экологии; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9; mrzvpln00@gmail.com.
Кручинина Наталья Евгеньевна- доктор химических наук, профессор кафедры промышленной экологии; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрены адсорбционные свойства палыгорскитовой глины. Целью данной работы являлась разработка технологических решений по очистке сточных вод полигонов твердых коммунальных отходов от ионов тяжелых металлов с помощью палыгорскита.
На основании отечественных и зарубежных информационных источников рассмотрены основные способы очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, проведен анализ целесообразности их применения для очистки сточных вод заданного состава и выбран сорбционный метод очистки. Ключевые слова: экология; устойчивое развитие; очистка сточных вод; реагентная очистка сточных вод; сорбционные методы очистки; тяжелые металлы.
PALYGORSKETE CLAY IN THE PROCESSES OF CLEANING THE FILTrate OF THE POLYGON OF SOLID UTILITIES WASTE FROM COPPER IONS
Morozova P.S.1, Kruchinina N.E.1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses the adsorption properties of palygorskite clay. The purpose of this work was to develop technological solutions for wastewater treatment from heavy metal ions of a municipal solid waste landfill. On the basis of the national and foreign information sources the main methods of treating wastewater containing heavy metal ions were considered, the rationality of their use for wastewater treatment of the given composition was analyzed and the sorption cleaning method was chosen.
Key words: ecology; sustainable development; sewage treatment; reagent wastewater treatment; sorption cleaning methods; heavy metals.
Введение
Актуальность темы. Охрана и рациональное использование водных ресурсов представляет на сегодняшний день глобальную проблему, решением которой занимаются экологи и инженеры различных отраслей промышленности. В условиях современного мира и развития научно-технического прогресса сточные воды (СВ) полигонов твердых коммунальных отходов (ТКО) являются наиболее опасными источниками загрязнения окружающей среды, в частности почв и водных объектов. Характерными загрязняющими веществами СВ являются ионы тяжелых металлов (ИТМ), так, например ионы меди являются распространенными поллютантами в исследуемых водах. Минимизация негативного антропогенного воздействия на водные объекты возможна при усовершенствовании существующих, разработке новых методов и технологий очистки загрязненных СВ от различных поллютантов.
Вода, образующаяся на полигоне, в зависимости от применяемых технологических процессов загрязняется различными органическими,
минеральными веществами,
комплексообразователями, а также взвешенными и механическими примесями. Однако самыми опасными и токсичными компонентами таких
сточных вод являются ионы тяжелых и цветных металлов (Си, Fe, Сг, №, Cd и др.) [1-3].
В малом количестве эти элементы необходимы для живых организмов, но превышение содержания каждого из них вызывает токсическое действие на организм человека, животных и растений. Опасность тяжелых металлов проявляется в подавлении роста и развития микроорганизмов и растений, нанесении серьезного ущерба здоровью человека. В частности, тяжелые металлы вызывают нарушения функционирования центральной нервной системы, изменение состава крови, отрицательно влияют на функции легких, почек, печени и других жизненно важных органов. Долгосрочное действие тяжелых металлов может вызвать развитие рака, аллергии, дистрофии, физических и неврологических дегенеративных процессов. Вместе с тем они обладают высокой стабильностью в среде и способностью к биоаккумуляции [4].
Всё это предопределяет необходимость обезвреживания сточных вод, содержащих тяжелые и цветные металлы, перед сбросом на рельеф, в водоемы или городскую канализацию [5].
Экспериментальная часть
Объектом исследования выступали модельные растворы, содержащие ионы Си2+ с концентрацией 100 и 10 мг/дм3, а также фильтрат полигона ТКО. Исследование эффективности очистки при
использовании палыгорскитовои глины проводили в статическом режиме (выдержка 7 суток), навески проб были равны 0,5;1;2 г, объем растворов составлял 50 мл.
Содержание соединении меди проводили фотометрическим методом по методике с купризоном на фотоколориметре КФК 3 ( ЗОМС, Россия) в соответствии с ГОСТ [6].
В качестве образцов ионообменных/сорбционных материалов использовали образцы палыгорскитовой глины, обработанной при температуре 350 - 550 С°. Химическая формула палыгорскита:
МвАЪ^ОпНОНЬ 4Н20 * ПН2О. Палыгорскит встречается с примесями Fe3+, Са, К [7].
Химический состав исходной палыгорскитовой глины представлен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав палыгорскитовой глины
Оксиды Содержание, %
&02 51,17
АЪОз 13,73
Ре20з 1,55
БеО 0,31
М§0 6,40
СаО 2,89
Н20" 10,29
Н2О+ 13,24
Сумма 99,58
Из данных таблицы 1 видно, что по своему составу палыгорскитовая глина представляет смесь оксидов кремния и кальция в соотношении 4 к 1 соответственно. Помимо этого, в образце присутствуют примеси оксидов железа, кальция и магния, а также остатки кристаллической и связанной влаги. Исходная глина несмотря на схожесть с цеолитами обладает относительно слабыми сорбционными свойствами.
Данные по эффективности сорбции катионов меди из растворов образцами
термомодифицированной глины представлены на графиках рис. 1-3 .
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 о
I навеска 0,5г ■ навеска 1г навеска 2г
10 мг/л
100 мг/л фильтрат тко
Рис. 1. Эффективности (%) сорбции меди термомодифицированной при температуре 350 С° палыгорскитовой глиной
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 о
¡навеска 0,5г I навеска 1г навеска 2г
10 мг/л
100мг/л фильтраттко
Рис. 2 Эффективности (%) сорбции меди термомодифицированной при температуре 450 С° палыгорскитовой глиной
I навеска 0.,5г Iнааеска 1г нааеска 2г
10 мг/л
100 мг/л
фильтраттко
Рис. 3 Эффективности (%) сорбции меди термомодифицированной при температуре 550 С° палыгорскитовой глиной
Представленные на диаграммах (рис. 1-3) данные, позволяют сделать вывод, что исходная концентрация меди в модельной воде не оказывает существенного влияния на эффективность очистки. Наличие в составе фильтрата ТКО широкого спектра загрязняющих веществ приводит к необходимости увеличения дозы ионообменного/сорбционного материала (палыгорскитовой глины), необходимой для достижения эквивалентных эффективностей очистки.
Из представленных данных видно, что увеличение температуры термообработки
палыгорскитовой глины позволяет увеличить сорбционные свойства глины. Так при концентрации меди 10 мг/дм3 (навеска глины 0,5 г/50 мл) эффективность составила 99,9 %, при 100 мг/дм3 -достигала 97,2 %, а эффективность очистки фильтрата ТКО при аналогичных условиях эксперимента снижалась до 68,7 %.
Несмотря на крайне высокую эффективность очистки остаточные концентрации ионов меди (для модельной воды с исходным содержанием меди 100 мг/дм3 и для фильтрата полигонов твердых коммунальных отходов), не соответствовали требования нормативов для сброса воды в канализационную сеть или открытый водоем, ввиду
чего возникает вопрос о необходимости глубокой доочистки.
Заключение
На основании полученных данных сделан вывод о необходимости изучения
ионообменной/сорбционной способности
палыгорскитовых глин относительно других поллютантов, таких как нефтепродукты, растворенные органические соединения и др. тяжелые металлы.
Полученные данные позволяют предположить возможность использования термически
модифицированных палыгорскитовых глин в процессах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, а также в качестве
противофильтрационных экранов для снижения негативного воздействия на окружающую среду полигонов твердых коммунальных отходов.
Список литературы
1. Кручинина Н. Е., Кузин Е. Н., Азопков С. В. Использование коагулянтов на основе хлоридов титана и кремния в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов // Химическая промышленность сегодня. 2017. № 8. С. 36 - 40.
2. Кузин Е. Н., Мискичекова З. К., Кручинина Н. Е., Смакотина В. В.,
3. Гавва М. А., Азопков С. В. Комплексные титансодержащие коагулянты в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов //Сб. научных трудов конф. Экологические проблемы промышленных городов. 2021. Саратов. С. 2010-214.
4. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях / Г. И. Квеситадзе [и др.]; отв. ред. В. О. Попов; Рос. акад. наук, Ин-т биохимии им. А. Н. Баха. - Москва: Наука, 2005. - 199 с.
5. Очистка и утилизация промстоков гальванических производств / В.В. Найденко, Л.Н. Губанов; Орг. Объед. Наций по вопр. образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), М-во образования Рос. Федерации. Каф. ЮНЕСКО Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-та. - Н. Новгород: Деком, 1999. - 364 с.
6. ГОСТ 13938.1-78. Медь. Методы определения меди [Текст]. - Взамен ГОСТ 13938.1-68; Введ. с 01.01.1979 по 01.04.2010. - Москва: Изд-во стандартов, 1999. - 7 с.
7. Институт геологии КарНЦ РАН [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://igkrc.ru/geomuseum/articles/palygorskit. свободный.
