STUDY OF SORBENT OBR -1 CHARACTERISTIC FOR TERTIARY TREATMENT OF DRINKING WATER FROM HEAVY METAL IONS AND ORGANIC SUBSTANCES

Full Text

В настоящее время сложилась напряженная водохозяйственная обстановка, вызванная загрязнением водных источников. Характерными загрязняющими компонентами являются нефтепродукты, фенолы, аммонийный и нитритный азот, тяжелые металлы, хлорорганические пестициды [1]. Из-за высокого загрязнения водоисточников традиционные технологии стали недостаточно эффективными и не всегда обеспечивают надежную водоподготовку и подачу населению питьевой воды гарантированного качества. Все это приводит к тому, что более 50 % населения России употребляет недоброкачественную питьевую воду, а в некоторых регионах это значение доходит до 80 %. Особенно остро эта проблема возникает в сельских населенных пунктах Астраханской области [2]. Высокоэффективными методами улучшения качества питьевой воды являются: ультрафильтрация, нанофильтрация, гиперфильтрация, электродиализ, но все эти методы отличаются высокой стоимостью и трудны в эксплуатации [3]. На наш взгляд, наиболее приемлемым для Астраханской области способом доочистки воды от ионов тяжелых металлов и органических веществ является сорбционный метод. На данный момент известен широкий аспект сорбционных материалов: активированный уголь, циолиты, алюмогели, алюмосиликаты, органические полимерные сорбенты и т. д [4]. Все перечисленные сорбенты высокоэффективные, но дорогостоящие. Нами предлагается новый сорбент на местном сырье из отходов буровых работ (ОБР), которые представляют собой поликомпозитные материалы. Содержание основных компонентов в отходах (в схватившихся, т.е. при трехдневном хранении), %: SiO2 – 39,88; Al2O3 – 7,78; CaCO3 – 15,01; H2O – 27,45; соли – до 10. Большое количество ОБР накопилось в Астраханской области в Икрянинском районе, куда их сваливают в специально приготовленные и оборудованные прорытые ёмкости в Беровских буграх. Транспортируют отходы с мест бурения нефтяных скважин на территории Каспийского моря. Отходы состоят из буровых сточных вод, отработанного бурового раствора и бурового шлама, в ряде случаев перемешанных в шламовых амбарах. Отходы бурения в Каспийском море радиационно-безопасный продукт (имеется санитарноэпидемиологическое заключение отдела надзора за радиационной безопасностью центра гигиены и эпидемиологии в Санкт-Петербурге, протокол № 1864/06 от 01.11.2006). Суммарная удельная эффективная активность составляет 78 ± 10 Бк/кг при норме 370 Бк/кг. Адсорбенты, как природные, так и синтетические, характеризуются рядом свойств (гранулометрический состав, насыпная, истинная и кажущаяся плотности, пористость, распределение пор по размерам, средний диаметр пор, удельная поверхность, механическая прочность и др.), которые позволяют оценить их качество, возможность и эффективность использования в различных технологических адсорбционных процессах. Нами был получен новый сорбент ОБР-1 [5]. Сорбционные характеристики были изучены в лабораторных условиях на базе ВПО ОГОУ «АИСИ». По результатам опытов первой серии строили градуировочные графики в координатах «оптическая плотность (интенсивность флуоресценции) – концентрация». По градуировочным графикам, с использованием результатов опытов второй серии, определяли равновесные концентрации исследуемых веществ. Строили изотермы сорбции в координатах «сорбция (А)  равновесная концентрация» [2]. Сорбцию (Г) рассчитывали по уравнению    (1) где С0 – исходная концентрация сорбата в пробе объемом V (обычно 10 см3), моль/дм3; х – остаточная (равновесная) концентрация сорбата, моль/дм3; M – молярная (или атомная) масса сорбата, г/моль; m – масса сорбента, г. Изотермы сорбции изучаемых веществ на сорбенте ОБР-1 можно отнести к S-типу, т.е. это изотермы по Ленгмюру. На основе изотерм сорбции, путем графического решения уравнения Ленгмюра в прямолинейной форме, определили предельную сорбцию Г (емкость сорбента) и константы сорбции К для Т1, Т2 и Т3. Различие в адсорбции при разных температурах позволило рассчитать термодинамические характеристики сорбции: изменение энтальпии (ΔН), изобарноизотермического потенциала (ΔG) и энтропии (ΔS), необходимые для трактовки механизма сорбции. , (2) , (3) . (4) Основные характеристики сорбции ионов тяжелых токсичных металлов некоторых органических соединений сорбентом ОБР-1 из водных растворов приведены на рис. 1. Как видно из рис. 1, сорбция изученных веществ возрастает с понижением температуры. В табл. 1 приведены термодинамические характеристики сорбции ионов тяжелых токсичных металлов (ТТМ) и органических веществ сорбентом ОБР-1 из водных растворов. Как видно из табл. 1, отрицательные значения изменений изобарно-изотермического потенциала и энтальпии свидетельствуют о самопроизвольном и экзотермическом процессе. Для всех сорбционных процессов характерен достаточно крутой начальный участок изотерм кинетики сорбции. Процесс сорбции протекает быстро и практически заканчивается через несколько минут. Рис. 1. Сорбция органических соединений сорбентом ОБР-1 Рис. 2. Сорбция ионов тяжелых металлов сорбентом ОБР-1 Основные термодинамические характеристики сорбции ионов ТТМ и органических веществ сорбентом ОБР-1 из водных растворов Таблица 1 Ион ТТМ Г∞, мг/г при 298К -ΔН, кДж/моль -ΔG295, кДж/моль при 298 К ΔS295, Дж/мольК при 298 К Fe3+ 160 42,98±5,20 17,35±2,05 86,01±7,50 Co2+ 160 71,47±7,05 17,09±1,52 182,5±17,3 Ni2+ 150 71,00±2,00 17,29±1,50 177,0±10,0 Zn2+ 180 80,44±7,50 17,21±1,85 212,0±15,5 Cd2+ 320 77,82±6,50 17,44±1,50 202,6±15,1 Cr3+ 140 29,55±3,50 22,44±1,80 24,50±2,20 Смесь мазута и керосина (1:1) 1000 31,32 ± 2,80 24,97 ± 3,50 21,3±2,5 Фенол 10,0 68,25 ± 6,15 17,35 ± 1,75 17,08±19,5 Формальдегид 15,0 31,62± 3,10 26,87 ± 2,50 15,9 ± 1,5 Бензол 10,0 27, ± 2,50 26,51 ± 2,60 2,3±0,3 Число параллельных опытов равно 6, степень надежности 0,95, критерий Стьюдента 2,57. Таким образом, установлена высокая сорбционная емкость ОБР-1 по отношению к исследуемым веществам. Показано, что десорбция (элюирование) с ОБР-1 изученных органических и неорганических соединений практически не происходит в условиях получения очищенной воды (рН, температура, концентрации). Проведено теоретическое изучение адсорбции органических и неорганических соединений на отдельных структурных составляющих ОБР-1 с использованием современных квантово-химических методов, что позволяет представить обоснованные экспериментом и теорией модели адсорбционных комплексов. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Абуова, Г.Б. Общая технико-экологическая оценка водопотребления в Астраханской области [Текст] / Л.В. Боронина, Е.А. Захаренко, Ю.Г. Избеков // Научно-технический журнал «Геология, география и глобальная энергия». 2008. С. 134-138. Региональная программа «Обеспечение населения Астраханской области питьевой водой на 20002010 гг.» [Текст]. Журба, М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: в 3 т. Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод [Текст]. Вологда-Москва: ВОГТУ, 2001.-188 с. Алыков, Н.М. Сорбционное удаление из воды ионов тяжелых металлов [Текст] / Г.Б. Абуова, А.В. Павлова, Кхань Зуй Нгуен, Н.В. Утюбаева // Безопасность жизнедеятельности. №4. – 2010. – С. 17-20. 5. Алыков, Н.М. Сорбент ОБР-1 для очистки воды [Текст] / А.В. Павлова, Г.Б. Абуова и др. // Технические условия ТУ 5711-013-02079218-2009.

About the authors

G. B ABUOVA

Астраханский инженерно-строительный институт

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

андидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения

L. V BORONINA

Астраханский инженерно-строительный институт

Email: vestniksgasu@yandex.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения

V. I KIChIGIN

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

доктор технических наук, профессор кафедры водоснабжения и водоотведения

References

Supplementary files