ПЕРСПЕКТИВЫ ОЧИСТКИ ОБОРОТНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРИРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день бережное обращение с водными ресурсами и переработка воды, сокращение сброса сточных вод промышленных предприятий и увеличение степени их очистки, являются основной проблемой удовлетворения потребности промышленности и сохранения хрупкой экосистемы. Совершенствование отведения и очистки сточных вод предполагает не только снижение количества отходов на месте их образования, но и очистку сточных вод от загрязняющих веществ, повторное использование очищенной воды, а также утилизацию отходов и побочных продуктов. В статье проанализированы возможности очистки оборотных и сточных вод химических заводов природными сорбентами.

ABSTRACT

Today, careful management of water resources and water processing, reduction of industrial wastewater discharge and increase in the degree of their purification, are the main problem of meeting the needs of industry and preserving a fragile ecosystem. Improvement of wastewater disposal and treatment involves not only reducing the amount of waste at the place of their formation, but also wastewater treatment from pollutants, reuse of purified water, as well as disposal of waste and by-products. The article analyzes the possibilities of treatment of recycled and waste water of chemical plants with natural sorbents.

Ключевые слова: сточная вода, оборотная вода, сорбент, катион, анион, жесткость воды, ионы цианидов.

Keywords: waste water, recycled water, sorbent, cation, anion, water hardness, cyanide ions.

Век техногенных революций, загрязнение грунтовых вод сточными водами промышленных предприятий, дефицит чистой питьевой воды в ХХI веке, явились основной проблемой развития здорового поколения. Использование промышленными предприятиями большого количества воды привело к формулированию понятия ценности сточных вод, которые являются исходным ресурсом для создания замкнутого режима и получения экологически чистой продукции [1-2].

 Большое количество загрязняемой воды можно сохранить с помощью специальных мероприятий. Существует возможность изменения технологических процессов очистки оборотной воды с сохранением основного технологического регламента предприятия с созданием замкнутой системы оборотного водоснабжения [3].

Применение природных минералов в очистке сточных вод приемлемо
с экологической и экономической точки зрения, но зачастую такие материалы не обладают нужными сорбционными свойствами и их необходимо
физически или химически модифицировать. В результате модифицирования получаются сорбенты с отличной от исходного минерала природой поверхности и сочетающие в себе полезные свойства исходного материала и синтетических
сорбентов [4].

На территории Республики Узбекистан находится большое количество сооружений, называемых сардобами, которые располагались около караван-сараев и являлись источником питьевой воды. Примером подобной сардобы является сооружение, построенное около караван-сарая Работи и Малик, расположенного в Навоийской области, около аэропорта. Эта сардоба была построена в ХI веке при караханидах и ею пользовались вплоть до середины ХХ века. Известно, что при строительстве этого сооружения, дно сардобы имело куполообразное строение, называемого хаузом, которое выкладывали кирпичом, смешанным с ганчем, далее шел слой из угля, образовавшегося от сгоревшего саксаула (отличный фильтр), затем слой из верблюжьей шерсти, потом шкуры крупного рогатого скота и, наконец, ганчевая смесь и кладка кирпича. Вода в хаузе сохранялась чистой и прозрачной, пригодной для питья [5].

Поэтому, целью проводимых исследований было выяснение способности некоторых природных минералов и материалов на способность фильтровать и снижать жесткость воды, а в дополнение к ним изучить свойства некоторых модифицированных соединений, обладающими сорбирующими свойствами.

Задачами исследований было определение состава оборотной воды химического предприятия, выпускающего минеральные удобрения и цианиды, очистку которых планировали провести с применением этих материалов для последующего создания многослойных композиционных систем, по примеру сардобы из караван-сарая Работи и Малик.

Объект и методика исследований

Объектами для исследования являлись природные сорбирующие материалы из местного сырья, где для очистки оборотной воды были подобраны следующие объекты: минералы доломит и сапонит, базальтовое волокно, бентонит, Ангренский бурый уголь, стекловата, войлок из овечьей шерсти, измельченный жженый кирпич и термически обработанный бентонито-угольный сорбент, полученный на кафедре химическая технология Навоийского государственного горного института, сведения о котором представлены в ранее опубликованных статьях [6-8].

Исходные параметры оборотной воды химического предприятия приведены в таблице 1. Как видно из данных таблицы, оборотная вода была мутной, сильно загрязненной солями кальция, магния, тяжелых металлов, нитритами, нитратами и хлоридами. Также в воде были обнаружены цианиды в концентрации от 10 до 15 мг/л.

Эталоном для определения эффективности сорбирующих материалов явилась техническая вода, очищаемая самим предприятием для повторного использования.

Таблица 1.

Показатели оборотной воды химического предприятия

Всего было изучено 23 показателя на колориметре DR-900 [9]. Для испытания данных сорбирующих материалов, исходную воду пропускали через колоночные фильтры с сорбентом, а полученный фильтрат анализировали. Основные составы кислых стоков, а также количественные характеристики катионов и анионов подробно описаны в работах [10-11]. В этих работах приводится количественные изменения содержаний катионов и анионов в стадий обогащения минералов. В качестве анионов в работах изучены ионы серной, соляной, азотной и тиосульфатной кислоты, а также рассмотрены варианты влияний ионов селената и аминокислот на показатели извлечения благородных металлов [12].

Правильная организация отбора проб оборотных и сточных вод для иссле­дования, а также для контроля отдельных технологических процессов имеет огромное значение. Чтобы обеспечить через смотровые колодцы отбор проб, характеризующих данный сток, необхо­димо убедиться в том, что этот сток не смешивается с другими.

Полученные результаты и их обсуждение

Известно что для очистки сточных вод используют разнообразные материалы естественного и искусственного происхождения, но чаще всего применяют активированный уголь. Целесообразность их применения для очистки сточных вод промышленных предприятий будет определяться лишь экономическими соображениями.

Таким образом, методы очистки производственных сточных вод химических предприятий очень разнообразны. Однако применение одного какого-либо метода очистки, в связи со сложным многокомпонентным составом сточных вод, будет недостаточно. Поэтому представляется целесообразным осуществлять многостадийную очистку стоков, где завершающей стадией является адсорбционная очистка, характеризующаяся высокой эффективностью, простым технологическим оформлением, применением доступных и достаточно дешевых реагентов.

Впоследствии, из данных материалов будут изготовлены многослойные композиции фильтрующих элементов, через которые будет пропускаться оборотная воды и делаться последующие анализы.

Включение в таблицу результатов по технической воде обосновано тем, что техническую воду на заводе получают после очистки оборотной воды для последующего использования в производстве, и поэтому эта вода является как бы эталоном для испытуемых нами материалов. Из таблицы 2 по очистке оборотной воды, видно, что фильтрующими и сорбирующими свойствами обладал доломит по 7 показателям – нитратам и нитритам, из тяжелых металлов по никелю, цинку, железу, а также по циан-ионам и окиси кремния. Минерал сапонит не обладал сорбционными свойствами ни по одному показателю, и поэтому более не будет использоваться в дальнейших исследованиях. Базальтовое волокно дало положительные сорбирующие показатели также по 7 признакам – нитратам и нитритам, алюминию, никелю, цинку, железу и меди.

Таблица 2.

Анализ сорбирующих свойств местных материалов на оборотной воде химического предприятия

Бентонит является природным фильтрующим и сорбирующим минералом, широко применяющимся в пищевой промышленности для осветления фруктовых соков, строительстве как вяжущий материал, при бурении скважин и других отраслях народного хозяйства [4].

Анализы полученных с бентонитом результатов показали его эффективность по снижению рН среды с 7,2 до 6,0 в оборотной воде. Также, благодаря фильтрующим свойствам, мутность воды резко снизилась с 11 до 1 мг/л, с параллельным уменьшением плотности с 1,08 до 1,04 г/л. Однако, для снижения общей жесткости по катионам кальция и магния не отмечено уменьшения их количества. По количественным показателям в отношении солей тяжелых и цветных металлов, например, хрому, отмечено уменьшение его количества в 10 раз, с 0,2 до 0,02 мг/л. Параллельно с хромом, уменьшились количественные показатели по солям алюминия, по хлору, нитратам и нитритам, молибдену, никелю, цинку, марганцу, железу, меди, циан-ионам, окиси кремния и брому. Таким образом, по бентониту зафиксировано 17 положительных показателей.

Ангренский бурый уголь, который без активации, в естественном состоянии был применен для изучения его сорбционных свойств, показал интересные результаты. При сопоставлении полученных результатов фильтрации через бурый уголь и сопоставлении с технической водой, уголь показал 12 положительных свойств. Жженый кирпич при сравнении с технической и оборотной водой показал результат 10:12, т.е. 10 результатов по технической воде и 12 результатов по оборотной воде.

Таким образом, при суммировании полученных результатов с минералами и жженым кирпичом показали следующее соотношение по технической воде – доломит-7, сапонит-0, базальтовое волокно-7, бентонит-17, Ангренский бурый уголь-12 и жженый кирпич-10.

Испытания модифицированных агентов – бентонито-угольного сорбента (БУ), войлока из овечьей шерсти и стекловаты показали следующие сорбирующие результаты по отношению к технической воде: БУ-17, войлок-9, стекловата-6. Сравнительный анализ полученных результатов по отношению к оборотной и технической воде показан в таблице 3.

Таблица 3.

Показатели сорбционных свойств природных минералов и модифицированных материалов по отношению к технической (ТВ) и оборотной воде (ОВ)

Наилучшие показатели были обнаружены по базальтовому волокну, бентониту, бурому углю, жженому кирпичу и бентонито-угольному сорбенту. Эти образцы сорбировали преимущественно соединения щелочных и щелочноземельных элементов вместе с солями тяжелых металлов, нитритами и нитратами.

Немаловажными преимуществами природных минералов и строительных материалов является их доступность и сравнительно низкая стоимость. Например, бентонитовые глины состоят из минералов монтмориллонитовой группы, разделяющиеся на щелочные и щелочноземельные разности, минералы группы монтмориллонита образуют бентонитоносные формации, характеризующиеся наличием монтмориллонитовых и близких к ним по кристаллической структуре минералов, таких как баделлеит с высокой дисперсностью, минеральных частичек с обменным комплексом и высокими коллоидными свойствами. Бентонит обладает высокой сорбционной способностью по отношению к катионам металлов и может быть использован для очистки питьевых и сточных вод. Ключевым параметром, определяющим возможность использования бентонита в качестве фильтрующего материала, является концентрация тяжелых металлов в воде после фильтра и диффузионные свойства [4]. Единственным отрицательным признаком этого материала является глинистость, усложняющая просачивание воды.

Действительно, на примере сардобы из караван-сарая Работ и Малик нам удалось определить сорбирующие свойства некоторых природных минералов и искусственных материалов, с помощью которых можно очищать сточные воды. В последующих исследованиях планируется создавать многослойные композиции из этих сорбентов для очистки сточных вод химических предприятий.

Заключение

Таким образом, проведенное исследование по оценке способности некоторых минералов и материалов для очистки техногенных стоков химического предприятия, показало, что действительно отмечена способность сорбирования базальтовым волокном, бентонитом, жженым кирпичом и бурым углем различные ионы загрязнители, тогда, как другие минералы в виде доломита и сапонита показали более низкую результативность. Однако, последующие исследования с созданием композиций из нескольких слоев таких адсорбентов может привести к достижению более высокой степени очистки сточной воды.

Список литературы:

1. Бокова И. Сточные воды – новое чёрное золото?: Презентация, март. 2017, Презентация Доклада ООН о состоянии водных ресурсов мира.
2. ГОСТ 31865-2012 Межгосударственный стандарт «Вода. Единица жёсткости.
3. Колесников В. А., Мешалкин В. П. и др. Технологические процессы и системы водоочистки экологически безопасных гальванических производств: уч. пособие. М., 2001. – С.47.
4. Абдугаффоров К.К. Новые сорбционные материалы на основе глины: Магистерская дисс. – Т., 2016. – С. 91.
5. Сардоба Малик в Узбекистане была основательно отреставрирована/ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://yep.uz/2019/08/sardoba-malik-v-uzbekistane-byla-osnovatelno-otrestavrirovana/ (дата обращения: 02.04.2022).
6. Tagaev I.A., Tursunova S.U., Аndriyko L.S. Investigation and selection of initial materials as possible sources for obtaining sorbents//Chemistry, Physics and Technology of Surface. – CPTS 2018. Vol      . 9. №4. –P. 432-441. doi: 10.15407/hftp09.04.432.
7. Тагаев И.А., Андрийко Л. С., Вохидов Б. Р., Бойхонова М.Ю., Хужакулов Н.Б., Нарзуллаев Ж.Н. Подбор исходного местного сырья и изучение дериватографических показателей для получения сорбентов // Univеrsum: техническпе науки: научный журнал. – 2020. Часть 2. № 9(78). –C.108 DOI: 10.З274З.
8. Лучшая студенческая статья 2017. Сборник статей XI международного научно-практического конкурса. – Пенза, 2017. –33-36 с.  Тагаев И.А., Очилова С.К., Джамалов А.К. Характеристика новых бентонито-угольных сорбентов.
9. Колориметр DR 900 / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://labor.ru/kolorimetr-dr-900 (дата обращения: 02.04.2022).
10. Шарипов С.Ш., Мухиддинов Б.Ф. Бактериальное выщелачивание сульфидных флотоконцентратов. Universum: Технические науки: электронный научный журнал (Москва), 2020. -№12. -С. 97-101.
11. Санакулов К.С., Мухиддинов Б.Ф., Шарипов С.Ш., Умрзаков А.Т. Исследование изменения концентрации ионов металлов в бактериальном окислении флотоконцентрата в жидкой фазе. Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2020.- № 4.-С. 24-28.
12. Санакулов К.С., Мухиддинов Б.Ф., Шарипов С.Ш., Вапоев Х.М. Исследование образования анионов в процессе бактериального окисления флотоконцентрата. Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2021.- № 1.-С. 93-97.