Очистка сточных вод от соединений ртути

Аннотация

Шинкарёва Л. В., Чудаева Г. В. Очистка сточных вод от соединений ртути. В докладе рассказано про общие свойства ртути, ее влиянии на состояние окружающей среды и организм человека, рассмотрены токсикологические возможности элемента. Проанализированы методы очистки сточных вод от соединений ртути и наведены наиболее эффективные.

В связи с возрастающим распространением ртути и существенным ее глобальным влиянием на все компоненты биосферы, проблема ртутного загрязнения приобрела мировое значение. Примером может служить экологическая проблема ХХ века болезнь Минамата – вызвана загрязнением окружающей среды ртутью. Данная проблема достаточно актуальна так как ртуть стала одним из тех токсичных элементов, доля которого от природных источников в биосферном цикле совпала с долей, поступающей в результате антропогенного загрязнения. Это связано в первую очередь с тем, что устаревшие системы очистки производственных сточных вод предприятий не позволяют качественно очищать стоки от ртути. Результат таких действи – загрязнение водного и земного пространства и отравление живых организмов.

Ртуть – удивительный химический элемент. Это очевидно хотя бы по тому, что она – единственный металл, находящийся в жидком состоянии в условиях, которые мы обычно называемым нормальными. В таких условиях ртуть способна испаряться и формировать ртутную атмосферу. Именно эти свойства определили особое положение ртути в нашей жизни. Ртуть оказала человечеству огромные услуги, много веков она находит применение в самых разнообразных сферах человеческой деятельности – от киноварной краски до атомного реактора. Однако ртуть может быть не только полезной, но и вредной для всех живых существ, в малых количествах она всегда присутствует в окружающей нас среде. При определенных условиях, особенно в результате промышленной и бытовой деятельности людей, ее концентрации в среде обитания могут заметно возрастать, что способно оказать негативное воздействие на наше самочувствие и состояние здоровья. Ртуть и ее соединения нарушают белковый обмен и ферментативную деятельность организма. Она токсична для человека практически в любом своем состоянии и отличается широким спектром и разнообразием проявлений вредного действия. Наряду с отравлениями ртуть влияет на половые железы, воздействуют на зародыши беременных женщин, вызывает пороки развития и уродства, приводит к генетическим изменениям, действует на выделительную систему. Воздействие ртутьорганических соединений приводит к тяжелым поражениям центральной нервной системы, мышечным расстройствам, нарушению зрения и слуха, расстройству речи, боли в конечностях. Эти явления практически необратимы и требуют длительного лечения, хотя бы для их снижени [1].

К основным возможностям токсического элемента можно отнести то, что он накапливаться во внутренних органах: почках, печени, головном мозге, в крови, грудном молоке, моче и волосах, и влияет на поглощение некоторых важных микроэлементов (цинк, селен, кадмий и др.). Выведение с мочой и калом – два основных пути выделения ртути из организма.

Немало важно то, что ртуть имеет высокие миграционные способности, поэтому в период тектонической активизации ртуть концентрировалась не только в ртутных минералах, рудах и вмещающих их горных породах, но и в тех или иных количествах обнаруживается во всех объектах и компонентах окружающей среды, в том числе в метеоритах и образцах лунного грунта. В повышенных концентрациях ртуть содержится в рудах многих других полезных ископаемых (полиметаллических, медных, железных и другие). Установлено также накопление ртути в бокситах, некоторых глинах, горючих сланцах, известняках и доломитах, в углях, природном газе, нефти.

Ртуть в очень малых количествах присутствует в поверхностных природных водах, основным ее хранилищем в водных системах являются донные отложения. На нахождение в водной среде той или иной формы ртути влияют кислотность водной среды и ее окислительный потенциал. Так, например, в хорошо аэрированных водоемах преобладают соединения Hg (II). Ионы ртути легко связываются в прочные комплексы с различными органическими веществами, находящимися в водах, особенно прочные комплексы образуются с серосодержащими соединениями[2].

Сточные воды, загрязненные ртутью и ее соединениями, образуются при производстве хлора и едкого натра, в других процессах электролиза с использованием ртутных электродов, на ртутных заводах, в некоторых гальванических производствах, при изготовлении красителей, углеводородов, в шахтных водах горнодобывающей промышленности, на предприятиях, использующих ртуть как катализатор. В производственных сточных водах, может присутствовать металлическая ртуть, неорганические и органические ее соединения. Неорганические соединения ртути: оксид – НgО, хлорид (сулема) – НgС₁₂, сульфат – НgSO₄, сульфид (киноварь) – НgS, нитрат – Нg(NO₃)₂, цианид – Нg(NCS)₂, тиоцианат – Нg(OCN)₂, цианат – Нg(OCN)₂. В неорганических соединениях токсичны главным образом ионы Hg²⁺, поэтому наиболее опасны – это хорошо растворимые и легко диссоциирующие соли. Органические соединения ртути применяют при консервировании древесины, при синтезе металлорганических соединений, как ядохимикаты, для защиты пластических материалов, бумажной массы и текстиля, казеиновых клеев от плесневых грибков. Органические соединения ртути весьма токсичны и отличаются от неорганических солей тем, что не дают реакции на ионы Нg. В водоемах ртуть под влиянием органических соединений, содержащихся в природных водах, превращается в сильнотоксичные соединения. Предельно допустимая концентрация ртути в водоемах равна 0,005 мг/л.

Для выделения из сточных вод ртути используют реагентные (восстановители: сульфид железа, сульфид натрия, гидразин, железный порошком, газообразный сероводород и другие), сорбционные и ионообменные методы очистки[3].

Наиболее распространенным способом удаления растворимых в воде соединений ртути является перевод их в трудно растворимый сульфид ртути и осаждение его. Для этого в сточные воды сначала добавляют сульфид натрия, гидросульфид натрия или сероводород. Затем обрабатывают воду хлоридами натрия, калия, магния, кальция или сульфитом магния в количестве 0,1 г/л. В этих условиях сульфид ртути осаждается в виде гранул. Для удаления тонкодисперсных коллоидных частичек сульфида ртути целесообразно добавлять коагулянты – Al(SO₄)₃•18H₂O, FeSO₄•7H₂O и другие. Осадок сульфида ртути отделяют от сточных вод на вакуум-фильтрах или фильт-рпрессах. Отделение Нg S до остаточной концентрации 0,001 мг/л можно обеспечить и на угольных фильтрах. Отработанный уголь, содержащий сульфид ртути, сжигают в печи или подвергают обработке для рекуперации ртути.

Кроме методов осаждения для очистки сточных вод от неорганических соединений ртути могут быть использованы и сорбционные методы. Эффективным является процесс образования амальгамы ртути в электрическом поле. Способ пригоден для очистки сточных вод, содержащих от 0,01 до 100 мг/л соединений ртути. В этом процессе сточная вода фильтруется через слои стеклянных шаров, покрытых медью или цинком. Шары являются катодом, а наружный корпус аппарата – анодом. При регенерации фильтрующей загрузки производят переполюсовку электродов.

Более полной очистки сточных вод от ртути можно достигнуть при фильтровании их через сильноосновной катионит. В результате реакции обмена, растворенная ртуть полностью переходит из раствора на поверхность катионита и выходящая из ионообменных фильтров вода практически не содержит ионов ртути. Емкость катионитов отечественных марок (КУ-2, КУ-2-20, сульфоуголь и другие) при извлечении ртути из дистиллированной воды составляет 10–12  % по отношению к массе смолы. При этом следует иметь в виду, что при извлечении ртути ионообменной смолой из производственных сточных вод сорбционная емкость катионита по отношению к ионам ртути будет несколько ниже, так как смола одновременно будет извлекать из сточных вод все другие катионы, находящиеся в растворе.

Металлическая ртуть может быть удалена из сточных вод в процессах отстаивания или фильтрования. Частицы, прошедшие с фильтратом или не успевшие осесть, окисляют хлором или NaOCl до HgC₁₂. Затем воду обрабатывают восстановителями (NaHSO₄ или Na₂SO₄) для их удаления и связывания остатков свободного хлора.

Органические соединения ртути сначала разрушают окислением, например газообразным хлором. После удаления избытка хлора катионы ртути восстанавливают до металлической или переводят в труднорастворимые сульфиды с последующим удалением осадка.

Таким образом, указанные методы очистки воды от соединений ртути очищают ее до определенных значений, однако они не достигают предельно допустимых норм. Поэтому нашей задачей является попытаться разработать такие методы, которые позволяли бы очищать сточные воды до предельно допустимых уровней.

Список использованной литературы

1. Гороновский, И. Т. Краткий справочник по химии / И. Т. Гороновский, Ю. П. Назаренко, Е. Ф. Некряч. К.: Издательство АН СССР, 1962 – 658 с.
2. Рамамурти, С. Е. Тяжелые металлы в природных водах / С. Е. Рамамурти. – М.: Мир, 1987 – 286 с.
3. Смирнов, Д. Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов / Д. Н. Смирнов, – М.: Металлургия, 1980 – 195 с.