Перспективи застосування глауконіту для очищення стічних вод

Постановка задачі. В Донецькому регіоні сконцентровані великі потужності підприємств важкої промисловості, які характеризуються значною ресурсо та енергоємністю, спричиняють значний вплив на погіршення стану навколишнього природного середовища, що призводить до погіршення якості життя людей, зростанню захворюваності населення та скороченню тривалості життя у цьому регіоні. За даними Національної доповіді про якість питної води та стан питного водопостачання в Україні у 2012 році, спостерігається підвищення концентрацій сольових показників на ділянках р. Сіверський Донець після впадіння високомінералізованих вод річок Казений Торець, Бахмут й Лугань, а також на ділянках водотоків після скидів зворотних вод підприємств Харківської, Донецької та Луганської областей (сухий залишок до 1 335 мг/дм³). Це вказує на антропогенне навантаження промислового комплексу Донбасу на водні об’єкти басейну Сіверського Дінця. Спостерігалися перевищення нормативів за вмістом марганцю (6 ГДК), хрому (VI) (3 ГДК), міді (5 ГДК). Із загального обсягу скинутих у водні об’єкти стічних вод забруднені складають 1,5 куб. км (20%), нормативно-очищені — 1,8 куб. км (23%) та нормативно-чисті без очистки — 4,5 куб. км (57%). Найбільше забруднених стічних вод скидається у Донецькій області (558 млн. куб. м, що складає 39% від загального обсягу скидів в області). Однією з основних причин забруднення вод Донецької області є нарощування кількості шламосховищ, териконів, відвалів, полігонів та звалищ твердих побутових відходів населених пунктів.

Все вищезазначене підкреслює актуальність проблематики пошуку нових технологій та засобів очищення стічних вод — економічно обґрунтованих, доступних, ефективних та екологічних.

Одним з таких є промислово цінний мінерал глауконіт, поклади якого розташовані, в тому числі, в Донецькій області (Амвросіївське родовище).

На сьогодні глауконіт має потенційно широке застосування в якості: пігменту для виробництва натуральних барвників, харчової добавки в тваринництві, формувальних пісків при литті, для отримання калійних добрив, фільтруючого елемента при виробництві очищувачів води. Встановлено високу ефективність глауконіту при очищенні води від солей важких металів, ряду органічних і неорганічних складів, радіонуклідів. Зокрема встановлено, що активований глауконіт при фільтрації через нього забруднених вод практично повністю затримує склад заліза та аміаку, майже на порядок знижує вміст у воді нафтопродуктів, в 25–50 разів знижує вміст радіоактивних ізотопів цезію–137 та стронцію–90.

Все це зумовлює актуальність роботи — дослідження перспектив застосування глинистого мінералу Амвросіївського родовища глауконіту для очищення стічних вод.

Метою даної роботи є вивчення технічних характеристик глинистого мінералу Амвросіївського родовища та сорбційних властивостей глауконіту відносно іонів металів.

Об’єкт дослідження — екологічна небезпека, що формується при скиданні забруднених стічних вод.

Предмет дослідження — адсорбційна технологія очищення стоків природним сорбентом.

Глауконіт — мінерал, який належить до групи природних силікатів, комплексні аніони яких містять кремній і алюміній. В якості катіонів виступають Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, а іноді Ba²⁺ і Li⁺. Хімічна формула глауконіту (K, H₂O)·(Fe³⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺)·2[Si₂AlO₁₀](OH)2·nH₂O, що підтверджується інфрачервоним аналізом зразків мінералу.

Визначення рН проводили на шляхом виміру рН свіжоприготовленої сольової витяжки з сорбенту розчином хлористого калію. Вимірювання проводили потенціометричним методом за допомогою приладу рН–метр–150. Зразок попередньо подрібнювали, пропускали через сито (1–2) мм. Відбір проби проводили методом квартування. Відбирали наважку 20 г, до проби додавали 50 мл 1М розчину хлористого калію, акуратно перемішували і вимірювали рН отриманої суспензії. Після трикратного повторення експерименту визначили рН = 8.

Для визначення насипної щільності у воронку засипали близько 2 кг матеріалу, після чого відкрили засувку і наповнили літрову посудину. При заповненні посудини з надлишком, при закритій засувці, надлишок зрізали металевою лінійкою врівень з краями посудини. Посудину з матеріалом зважили і визначили об’ємну масу матеріалу. Значення насипної щільності дорівнює 1240 кг/м³.

Для оцінки можливості сорбційного очищення стічних вод від іонів важких металів експериментально досліджували процес вилучення глауконітом із води іонів свинцю Pb²⁺, міді Cu²⁺. Результати експерименту показали високу сорбційну активність глауконіту.

Важливим забрудненням води є забруднення іонами заліза. Залізо потрапляє в питну воду не тільки в природних умовах, але і в результаті корозії апаратів і трубопроводів. Тому було здійснено експериментальне дослідження сорбційної активності мінералу відносно іонів заліза (ІІІ) Метод заснований на взаємодії іонів заліза з роданід-іоном пофарбованого в червоний колір роданіда заліза Fe(SCN).

У колбу ємністю 200 мл відміряли 50 мл відфільтрованої досліджуваної води, яка впродовж 30 хвилин перемішувалася з глауконітом масою 0,5 г. До колб додавали по 2vмл соляної кислоти (1:1), 2 мл 50% розчину роданіда амонію. Ретельно перемішували і визначали оптичну щільність на фотоколориметрі при довжині хвилі 400 нм і товщині кювети 30 мм. Ізотерма адсорбції в натуральних координатах представлена на рисунку 1.

Рівняння Фрейндліха для заліза (ІІІ) має вигляд: Г = 0,187 · С^0,15

В результаті експериментального дослідження вперше встановлені технічні характеристики природного сорбенту Амвросіївського родовища глауконіту. Вперше досліджено адсорбційну активність глауконіту. Показано високу адсорбційну активність сорбенту глауконіту щодо іонів важких металів, заліза (ІІІ). Все зазначене визначає доцільність застосування природного сорбенту Амвросіївського родовища глауконіту для очищення стічних вод.