CC BY
54Мосталыгина Л. В., канд. хим. наук, доц., Елизарова С. Н., канд. хим. наук, доц., Мосталыгин А. Г., канд. техн. наук, доц.
Курганский государственный университет
РЕАГЕНТНЫЙ И СОРБЦИОННЫЙ МЕТОД С ПРИМЕНЕНИЕМ БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ХРОМА
Разработан сорбционный метод очистки воды от ионов хрома (VI). Проведено сравнение нового метода с широко применяемым реагентным. В качестве сорбентов использовали нативную и активированную бентонитовую глину Зырянского месторождения Курганской области. Максимальная степень очистки при использовании нативной глины составила 69,8% При активации глины серной кислотой максимальная степень очистки раствора от ионов хрома составила 78,8%. Для очистки воды от ионов хрома нецелесообразно использование глины активированной термическим способом. Наиболее эффективны два метода: реагентный и сорбционный с применением в качестве сорбента бентонитовой глиной активированной кальцинированной содой. Новый метод конкурентноспособен, степень очистки раствора от ионов хрома достигает 99,8%.
Ключевые слова: реагентный и сорбционный методы, ионы хрома, нативная и активированная бентонитовая глина.
Введение. Разработка и внедрение малоотходных и безотходных технологий и процессов, модернизация предприятий, замена устаревших процессов новыми, повышение качества очистки газообразных выбросов, сточных вод, внедрение замкнутых производственных циклов - вот пути улучшения качества окружающей среды. Среди опасных загрязнителей заслуживает пристального внимания хром, особенно хром
шестивалентный. Его соединения оказывают на организм человека канцерогенное и мутагенное действие. Негативному влиянию подвергаются флора и фауна водоемов. Проблема очистки сточных вод, в первую очередь, гальванического производства от опасного поллютанта - иона хрома^Г) - остается актуальной. Наиболее широко применяют до настоящего времени реагентный метод. Шлам, образующийся при реагентной очистке, является отходом, который требует утилизации. С этой точки зрения, для очистки сточных вод наиболее благоприятно применение природных сорбентов, которые не вносят загрязнения в окружающую среду. Дешевым и экологически чистым природным материалом являются глины. Они обладают высокими сорбционными свойствами, которые можно улучшить путем активации глины.
Данное исследование посвящено разработке сорбционного метода очистки воды от ионов хрома (VI) и сравнению нового метода с широко применяемым реагентным методом. При проведении исследования по очистке воды от ионов хрома сорбционным методом в качестве сорбента использовали нативную и активированную бентонитовую глину
Зырянского месторождения Курганской области. Зырянское месторождение глин - одно из крупнейших в России - содержит 30% от общих запасов всех бентонитовых глин России. Около 70% бентонитов Зауралья содержат от 60 до 80% минерала монтмориллонита и являются кальциево-магниевыми. Сорбционные свойства бентонитовых глин изучались исследователями России и других стран [1-4]. Известно, что реагентный метод очистки включает два этапа. На первом этапе ионы хрома (VI) восстанавливают до хрома (III), на втором -осаждают в виде гидроксида. Поэтому наши исследования также проводили на модельных растворах солей хрома (III).
Методология. Нативную и
активированную кальцинированной содой глину получали на предприятии ОАО «Бентонит» (г. Курган). Кислотную активацию осуществляли раствором 10 и 20% серной кислоты. При термической активации образец глины помещали в фарфоровый тигель и прокаливали в муфельной печи при температуре 400°С в течение четырех часов. Перед использованием глину предварительно измельчали и высушивали при температуре 105+50C в сушильном шкафу в течение 4 часов. Затем растирали до мелкодисперсного состояния. Навески глины взвешивались на аналитических весах GR-200 (A&D Япония).
Исходные растворы сульфата хрома (III) с концентрацией 100мг/л и 50мг/л готовили по навескам Cr2(SO4)3 •6H2O. Точную
концентрацию ионов хрома (III) в растворе определяли титриметрически по реакции замещения с йодидом калия. Выделившийся йод
титровали раствором тиосульфата натрия. Установленные концентрации ионов хрома (III) в растворах оказались равными 46,7мг/л и 104,6мг/л.
Содержание хрома (III) в модельном растворе проводили фотометрическим методом по реакции с дифенилкарбазидом [5,6]. Оптическую плотность раствора измеряли на спектрофотометре SPEKOL 1300 (Analytik Jena AG Германия).
В лабораторных условиях проводили очистку модельных растворов от ионов хрома (III) реагентным методом. В коническую колбу наливали 50 мл раствора сульфата хрома (III) с концентрацией 46,7мг/л или 104,6мг/л и небольшими порциями добавляли 5%-ое известковое молоко до pH 8,5-9. Оставляли раствор на 2 часа для отстаивания и полного
Очистка модельного раствора соли
выпадения осадка. Раствор фильтровали через фильтровальную бумагу «синяя лента» и определяли остаточное содержание ионов хрома (III) в растворе.
При очистке сорбционным методом для анализа также брали 50 мл модельного раствора соли хрома (III) соответствующей концентрации, 0,5000г предварительно подготовленной глины и встряхивали в течение 1,5 часов, отделяли глину центрифугированием и определяли остаточное содержание ионов хрома фотометрически.
Основная часть. Ранее нами была установлена высокая сорбционная способность глины в отношении ионов [7,8]. Данные эксперимента по очистке модельных растворов от ионов хрома (III) реагентным методом представлены в таблице 1.
Таблица 1
Начальная концентрация ионов хрома (III) в модельном растворе, мг/л Начальное значение pH модельного раствора Остаточная концентрация ионов хрома (Ш)в модельном растворе, мг/л Конечное значение pH модельного раствора Степень очистки, %
46,7 3,33 0,08+0,01 8,77 99,8
104,6 3,08 0,080+0,01 8,87 99,9
Из данных таблицы 1 видно, что при выбранных исходных концентрациях степень очистки составляла 99,8% и 99,9%.
Данные по очистке модельных растворов от ионов хрома сорбционным методом с
использованием нативной бентонитовой глины представлены в таблице 2. Степень очистки в уменьшалась с увеличением исходной концентрации раствора соли хрома.
Таблица 2
Очистка модельного раствора соли хрома (III) сорбционным методом с использованием
нативной бентонитовой глины
Начальная концентрация ионов хрома(Ш) в модельном растворе, мг/л Остаточная концентрация ионов хрома (III) в модельном растворе, мг/л Степень очистки, %
46,7 14+2 69,8
104,6 48+8 53,8
Результаты очистки модельного раствора - 99,8%) получены при использовании соли хрома (III) активированной различными бентонитовой глины активированной твердой способами бентонитовой глиной представлены в кальцинированной содой. таблице 3. Лучшие результаты (степень очистки
Таблица 3
Очистка модельного раствора соли хрома (III) сорбционным методом с использованием
активированной бентонитовой глины
Тип активации бентонитовой глины Начальная концентрация ионов хрома (III) в модельном растворе, мг/л Концентрация ионов хрома после очистки, мг/л Степень очистки, %
Активация 10%-ой серной кислотой 46,7 9,9+0,1 78,8
104,6 35,4 +0,5 66,2
Активация 20%-ой серной кислотой 46,7 41,0+0,5 12,2
104,6 88,5+0,6 15,4
Активация твердой кальцинированной содой 46,7 0,10+0,08 99,8
104,6 0,49+0,05 99,5
Термическая активация 46,7 40,2+0,9 13,9
104,6 88,5+0,9 15,4
Для двух образцов глины - нативной и активированной кальцинированной содой -получены зависимости величины сорбции ионов хрома (III) от времени контакта модельного раствора с глиной (рисунок 1). Определена величина максимальной сорбции. Для нативной бентонитовой глины эта величина составила
5 т----
4,0мг/г, а для активированной твердой кальцинированной содой - 4,7мг/г. Система пришла в равновесие и сорбция достигла максимальных значений на образце активированной глины уже через час, а на нативной глине равновесие установилось более чем через 3 часа.
4
Ü 3
К S
ю
а 2 о 2 О
1
0 -------к
0 50 100 150 200 250 300 350
время, мин
-•- не активированная глина
активированная глина кальцинированной содой
Рис. 1. Зависимость величины сорбции от времени контакта глины с раствором соли хрома (III)
Таким образом, активированные кальцинированной содой образцы глины показали максимальные сорбционные свойства. Сравнительно быстрое установление
сорбционного равновесия является
благоприятным фактором. Активация глины приводит к замещению ионов кальция и магния в обменном комплексе глины на ионы натрия, которые более склонны к обмену с ионами из раствора.
Выводы. Разработаны и опробированы на модельных растворах сорбционные методы очистки сточных вод от ионов хрома с применением бентонитовой глины Зырянского месторождения. Максимальная степень очистки при использовании нативной глины составила 69,8%. Активация глины не всегда приводит к увеличению поглотительной способности глины в отношении ионов хрома (III). При активации глины серной кислотой увеличение ее концентрации с 10% до 20% приводило к
уменьшению сорбционной активности глины в отношении ионов хрома.
Наиболее эффективными при очистке модельных растворов от ионов хрома оказались два метода: реагентный и сорбционный метод с применением в качестве сорбента активированной кальцинированной содой бентонитовой глиной. В том и другом случае остаточная концентрация ионов хрома в растворе меньше предельно допустимой концентрации (ПДК в водоемах для хозяйственно-питьевого водопользования 0,5 мг/л).
В меньшей степени сорбирует ионы хрома из растворов бентонитовая глина, активированная термическим способом и активированная 20%-ой серной кислотой.
Сорбционный метод с использованием бентонитовой глины активированной
кальцинированной содой, является
конкурентоспособным (степень очистки
достигает 99,8%).
Для очистки воды от ионов хрома нецелесообразно использование глины активированной 20%-ой серной кислотой (степень очистки - 12,2%) и глины, активированной термическим способом (степень очистки - 13,9%).
Сорбционный метод с использованием бентонитовой глины (нативной или активированной) можно рекомендовать предприятиям, имеющим гальванические цеха, в качестве индивидуального, а также в комбинации с другими способами очистки (доочистки) в зависимости от поставленных задач.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ajaria F., Srasrab E., Trabelsi-Ayadi M. Characterization of bentonitic clays and their use as adsorbent // Desalination. 2005 . V.185. P. 391-397.
2. Везенцев А.И., Трубицин М.А., Романщак А.А. Сорбционно-активные породы Белгородской области // Горный журнал. 2004. №1. С.51-52.
3. Везенцев А.И., Голдовская Л.Ф., Кормош Е.В., Сиднина Н.А., Добродомова Е.В. Сорбция ионов тяжелых металлов нативными, обогащенными и модифицированными формами бентонитовых глин // Сорбционные и
хроматографические процессы. 2007. Т.7. Вып.3. С.410-413.
4. Гаськова О.Л., Кабанник В.Г. Экспериментальное изучение сорбции тяжелых металлов природными глинами с целью очистки дренажных вод // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. №4. С.359-369.
5. ПНДФ 14.1;2.52-96 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов хрома в природных и сточных водах «Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов хрома в природных и сточных водах фотометрическим методом с применением дифенилкарбазида»
6. Коростелев П.П. Фотометрический и комплексонометрический анализ в металлургии. М.: Металлургия, 1984. 272 с.
7. Мосталыгина Л.В., Елизарова С.Н., Костин А.В. Бентонитовые глины Зауралья: экология и здоровье человека. Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2010. 148 с.
8. Бухтояров О.И., Мосталыгина Л.В., Камаев Д.Н., Костин А.В. Сорбция тяжелых металлов (Си2+, С^+, РЬ2+, 2п2+) на бентонитовой глине Зырянского месторождения Курганской области // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. № 4. С. 518-524.
