CC BY
43
- © Н. Жалгасулы, Г.М. Чсрний, М.А. Аралбскова,
Д М. Иманбасва, 2013
УДК 622.51:628.331.35
Н. Жалгасулы, Г.М. Черний, М.А. Аралбекова, Д.М. Иманбаева
СОРБЦИОННЫЙ СПОСОБ РЕАБИЛИТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Приведены результаты исследований по очистке подземных вод от тяжелых металлов и сульфатов с использованием природных сорбентов месторождений Казахстана, а именно бурого угля, бентонитовой глины и гумата натрия. Авторами установлено что при использовании предлагаемых сорбентов степень очистки воды достигает 95—98 %.
Ключевые слова: подземные воды, очистка, сорбция, природные сорбенты.
Развитие горнодобывающих работ приводит к заметным преобразованиям гидрографической сети. [1] В результате обнажения рудных тел под воздействием кислорода воздуха и газов (Э02, Ы02, С02) атмосферных осадков повышенной кислотности и бактерий интенсивно развиваются окислительные процессы. Образовавшиеся вследствие окисления легко растворимые соединения с ливневыми и паводковыми водами попадают в подземные источники.
Известно, что нужды населения в питьевой воде удовлетворяются за счет эксплуатации подземных вод. Вопрос качества подземной воды является одним из самых актуальных, так как по данным Всемирной организации здравоохранения до 80 % о заболевании населения Земли связано потреблением некачественной воды.
Попадание загрязняющих веществ, в частности тяжелых металлов и их соединений в организм человека происходит по экологическим цепям «почва — вода — человек», «почва — растение — человек», «почва — атмосферный воздух — человек», либо косвенным образом, через загрязненную продукции животноводства и
растениеводства, а также комплексно, по всем цепям или в сочетании с почвенной пылью.
Экологической обусловленностью заболеваний считают болезни, причиной наступления которых является вещество, его соединения или группа веществ. Хотя биологические функции многих металлов до сих пор остаются неизученными или малоизученными, известно, что они разрушают механизмы иммунитета, метаболического обмена, генетическую структуру, угнетают деятельность щитовидной, поджелудочной, предстательной железы, костного мозга.
Токсичность в значительной степени связана, со способностью металлов прочно соединяться с белками и нарушать нормальную работу биокатализаторов и других биологически активных белковых веществ. Токсический эффект металлы оказывают в любом агрегатном состоянии и в любой природной среде.
Санитарно-токсикологические исследования различных миграционных форм отдельных элементов позволили определить предельно допустимые концентрации (ПДК) и гигиенические нормативы химических веществ в
Таблица 1
Результаты активации природных сорбентов
Механическая активация бурого угля Химические активации бентонитовой глины
Радиус частич., мкм Уд. эффект. Поверхность, м2/г КОН 4.И2804, % Общая поверхность Суммарный объем пор.
До активации 30,0 15,0 5,94 14,74 0 5,0 45,5 46,0 0,30 0,37
После активации 30,0 15,0 7,08 16,09 10,0 20,0 55,2 63,7 0,48 0,80
подземных водах, которые не вызывают отрицательного воздействия на организм человека.
В связи с вышеизложенным вопрос очистки вод является наиболее актуальным, острота экологической проблемы загрязнения водных объектов тяжелыми металлами предопределила целесообразность поиска и реализации перспективной экологической технологии и направления — совершенствование технологических приемов [2, 3].
В настоящей статье рассмотрено перспективное направление очистки вод, то есть совершенствование технологических приемов сорбционной очистки. Адсорбционные методы очистки на основе применения природных сорбентов находят все более широкое применение. Эффективность сорбционных методов очистки достигает 80—95% и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности.
Из множества природных сорбентов, способных очищать загрязненные воды перспективный лишь те, применение которых требует минимальных экологических затрат на весь цикл очистки. Исходя из этих условий нами были исследованы в качестве природных сорбентов для очистки подземных вод от тяжелых металлов и сульфат-ионов бурый уголь месторождения Киякты, бентонитовая глина месторождения Шукурой.
Эти природные сорбенты были выбраны исходя из их специфических свойств.
Бурый уголь месторождения Киякты содержит до 60—70 % гуминовых соединений, проявляющих, как известно, склонность к ионному обмену, образованию прочных комплексных соединений с ионами тяжелых металлов. Кроме того, присутствие аморфного кремнезема, обладающего развитой пористостью и наличием активных центров усиливает сорбционные свойства бурого угля.
Глина месторождения Шукурой представляет собой генетическую смесь монтмориллонита (65—75%) и гидрослюды, катионообменная способность которых определяется суммой обменоспособных ионов натрия, кальция, магния, водорода, алюминия трехслойной структурой и наличием полостей с активными центрами.
Нами с целью повышения активности бурый уголь был подвергнут термообработке и механической активации, а бентонитовая глина химической активации серной кислотой.
Как видно из приведенных данных удельная поверхность частиц угля с одинаковым радиусом возрастает при механической активации угля в течении 15—30 минут. При термообработке угля наблюдается увеличение суммарной пористости, что связано с выделением водяных
Таблица 2
Изменение концентрации ионов в растворе в зависимости от времени сорбции и природы сорбента
Вид сорбснта, соотношение Т:Ж Время сорбции, час Содержание ионов 1 в растворе, МГ/Л
Ре Си гп 2 Б04
Природный бурый уголь, 1:2 0 250,0 250,0 250,0 2124,0
3 24,6 21,5 20,0 2760,0
6 15,2 17,9 18,9 2850,0
12 12,7 17,5 18,1 2775
18 11,8 16,8 17,9 2682
24 10,0 1,67 17,6 2555,0
Активированный бурый уголь, 1:2 0 250,0 250,0 250,0 2124,0
3 <0,01 <0,01 <0,01 851,0
6 <0,01 <0,01 <0,01 753,0
12 <0,01 <0,01 <0,01 730,0
18 <0,01 <0,01 <0,01 715,0
24 <0,01 <0,01 <0,01 702,0
24 151,0 151,0 182,0 1406,0
Бентонитовая глина, 1:10 0 250,0 250,0 250,0 2124,0
3 0,15 0,15 0,15 744,0
6 <0,01 <0,01 <0,01 679,0
12 <0,01 <0,01 <0,01 638,0
18 <0,01 <0,01 <0,01 638,0
24 <0,01 <0,01 <0,01 638,0
числе серосодержащих соединений.
Для бентонитовой глины суммарный объем пор после химической активации серной кислотой в интервале концентрации 5,0—20,0 % возрастает почти в 2,5 раза.
Подготовленные вышеприведенными способами сорбенты были испытаны на модельных растворах. Результаты исследований приведены в табл. 2 и на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Влияние времени контакта на степень очистки растворов от тяжелых металлов при сорбции ископаемы и активированным углем: а) при сорбции ископаемым углем: 1 - железо; 2 - медь; 3 -цинк, 4 - сульфат-ион. б) при сорбции активированным углем: 5 - железо, 6 - медь, 7 -цинк, 8 - сульфат-ион
паров из кристаллической структуры сорбента, а также различных легко разлагающихся компонентов, в том
_5, 6, 7
-_ *
3
а
В 1 11 1111 11 I I Время сорбции, час а г 2А
ъ"
V
£
I
£ о >
б 9 ле ^
Рис. 2. Влияние времени контакта на степень очистки растворов от тяжелых металлов при сорбции бентонитовой глиной: 1 - железо; 2 - медь; 3 - цинк; 4 -сульфат-ион
Как следует из приведенных данных активации сорбентов приводит к значительному снижению концентрации тяжелых металлов в растворе. Особенно следует отметить значительное снижение концентрации
сульфатов до уровня ПДК, что не наблюдалось в случае использовании не активированного угля. В этом случае, наоборот наблюдалось увеличение содержания сульфатов вследствие выщелачивания серосодержащих соединений, присутствующих в ископаемом угле.
На основании результатов проведенных исследований была определена сорбционная емкость исследованных сор-бентов, которая показала, что эти 2 природных сорбента могут быть рекомендованы для очистки подземных вод. Сорбционная емкость бурого угля подвергнутого теромообра-ботке и активированной бентонитовой глины по 4 компонентам (железо, медь, цинк, сульфат-ион) составляет 24,13—24,16 мг/г сорбента.
Л/
•-•¿УС.
1. Гидрогеология, инженерная геология и гидроэкология. Томск: НТЁ, 2005. — 400 с.
2. Баталова Ш.Б. Физико-химические основы получения и применеия катализаторов и адсорбентов из бентонита. Алма-Ата: Наука, 1986. — 168 с.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Жалгасулы Н., Тантаев Р., Тумаков
B.А. и др. снижение минерализации пластовых вод природными сорбентами. Сб. тр. ИГД им. Д.А. Кунаева. — Т. 75. — 2008.
C. 272—277. ЕЙ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Жалгасулы. Н., Черний Г.М., Аралбекова М.А., Иманбаева Д.М. - Институт горного дела им. Д.А. Кунаева, Казахстан, nc@cmrp.kz, cmrp@mail.ru
А
