Сорбционные методы
Сорбционные методы являются одними из наиболее перспективных методов очистки сточных вод. Эффективность сорбционной очистки в зависимости от применяемого адсорбента составляет 80-95%. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, золу, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикагели, алюмогели, гидраты оксидов металлов.
В литературе предлагается способ удаления меди из сточных вод адсорбцией кремнеземом, модифицированным аминогруппами. Мезопористый сорбент SBA-5 получают на основе кремнезёма, модифицированного аминопропилом, пропилом и пропилом с введением функциональных аминогрупп.
Представляет интерес исследование по очистке сточных вод гальванических производств природными цеолитами. Установлено, что среди ионов металлов наибольшей селективностью к цеолитам обладают ионы меди (степень извлечения 92%).
Для очистки сточных вод используют также иониты, получаемые методами сополимеризации и сополиконденсации органических мономеров ионного типа. Ионы меди извлекают из сточных вод катионитом КУ-1 при рН=12-12,4. Обменная ёмкость катионита равна 1,7 - 2,3 мг-экв/г. Иканина Е.В. и др. предлагают использовать композиционный сорбент на основе гидроксида железа и катионита КУ-2*8, который обладает выраженной селективностью к ионам меди (II). Максимальное значение полной динамической обменной ёмкости сорбента по меди (II), равное 7мг-экв/г, получено при рН=10,8. Марков В.Ф. предлагают для извлечения ионов меди использовать композиционный сорбент Dowex Marathon C (Италия, аналог катионита КУ-2*8) – гидроксид железа. Максимальное значение полной динамической обменной ёмкости данного композиционного сорбента по меди (II) равно 284,5мг-экв/г (рН=10,2).
Основными недостатками использования ионитов является необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, растворителей и других органических веществ, высокая стоимость, громоздкость оборудования и сложность эксплуатации.
Ученые института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина показали эффективность использования дешевых угольных сорбентов для очистки сточной воды. Необходимо создание углеродных сорбентов (УС), обладающих развитой пористой структурой и высокими прочностными свойствами. С целью повышения сорбционной емкости угольных сорбентов, формирования различных сорбционных центров и регулирования соотношения транспортных и сорбирующих пор применяется химический дизайн поверхности адсорбентов. Наиболее перспективными направлениями развития дальнейших исследований являются: модификация углеродных сорбентов органическими реагентами и наночастицами, интенсификация сорбции ионов металлов при помощи ультразвукового воздействия и разработка методов десорбции ионов металла с углеродных сорбентов. Например, в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) активно занимаются изучением применения фуллереновых материалов для модифицирования активированных углей.
Развитие науки об адсорбции, адсорбционной техники и технологии выдвигают требования к созданию нанопористых материалов, в том числе углеродных, с тонко регулируемой пористой структурой применительно к решению конкретных практических задач. Это, в свою очередь, вызывает необходимость анализа и развития методов оценки параметров пористой структуры синтезируемых материалов, таких как удельная поверхность, объем и размер пор.
Анализ литературных данных показывает, что нет однозначного подхода к решению проблемы очистки сточных вод. В связи с чем предлагаем разработать сорбционный метод очистки, так как считаем (со ссылкой на зарубежные источники литературы), что он может быть наиболее экономичным и эффективным. Достоинством метода является также возможность извлечения ценного компонента в процессе очистки.
Спектр предприятий, предлагающих разработку систем очистки, довольно широк, но стоимость этих проектов крайне велика, поэтому даже крупные предприятия не могут построить такие очистные сооружения. Например, одна из орловских компаний разрабатывала для ФГУП «Курский НИИ» в 2008 г. проект очистных сооружений стоимость 15 млн. рублей (для примера штрафы за превышение ПДК по ионам меди (II) составляют 10000 - 20000 р. в месяц).
Целью работы является создание эффективной и экономичной технологии очистки сточных вод гальванического производства от ионов меди (II).
Предметом исследования являются методы очистки сточных вод гальванического производства для достижения норм ПДК для ионов меди (II) в воде, сбрасываемой в городскую канализацию.
В результате исследования будут разработаны:
теоретические основы очистки сточных вод гальванического производства;
методика сорбционной очистки сточных вод производства печатных плат от ионов меди;
технологическая схема очистки стоков от ионов меди;
оптимальные параметры технологического процесса очистки сточной воды;
технология регенерации отработавшего сорбента.
Результаты исследования должны способствовать:
созданию научно-технического задела в области природоохранных технологий;
соблюдению природоохранного законодательства; уменьшению негативного воздействия на окружающую среду.
Потенциальным потребителем научного результата являются Научно-исследовательский центр (г. Курск) ФГУП «18ЦНИИ» МО РФ и предприятия, на которых установлены аналогичные линии производства печатных плат (Самара, Тула и др.)
В последнее время увеличивается использование наночастиц и наноматериалов в широком промышленном производстве. Так сектор производства печатных плат планирует в ближайшее время начать работу по использованию нанодобавок для улучшения свойств изготавливаемой продукции. Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации.
Существует мнение и о том, что нанотехнологии будут оказывать неблагоприятное воздействие на экосистемы. Абсорбирующие свойства наноэлементов значительно выше, чем у других молекул. Следовательно, если они будут распространяться в окружающей среде, возникнет опасность, что наноматериалы будут активно поглощать загрязнители и повсюду их распространять. Наночастицы могут представлять опасность для здоровья, и степень ее пока неизвестна. Также неизвестен уровень опасности для потребителей нанопродукции и окружающей среды.
Пресс-служба Роспотребнадзора распространила письмо Г.Г. Онищенко «О надзоре за производством и оборотом продукции, содержащей наноматериалы» от 02.05.07 № 0100/4502-07-32, адресованное подведомственным организациям. В нем, в частности, сообщается, что в настоящее время в мире широко проводятся исследования и ведутся разработки по широкой номенклатуре развития наноиндустрии, при этом в области фундаментальных исследований результаты российских ученых не только не уступают зарубежным, но в ряде случаев и превосходят их. В то же время в письме сообщается, что использование нанотехнологий бесспорно является одним из самых перспективных направлений, немаловажным считается и изучение вопросов потенциальной опасности использования наноматериалов и нанотехнологий, а также разработка критериев их безопасности для здоровья человека, так как экспериментальные данные свидетельствуют о потенциальном вредном воздействии наноматериалов на организм человека. Поэтому прежде чем начать практическое применение наноматериалов, следует определить степень их экологической опасности. Эта задача является слишком трудоемкой. Ни одна коммерческая компания не в состоянии провести собственными силами экспертизу, позволяющую определить степень безопасности нового материала. Необходимо ускорить проведение широкомасштабных исследований, нацеленных на выяснение опасностей и рисков, связанных с загрязнением среды обитания наночастицами и наноматериалами.
Анализ литературы и практический опыт показывает, что оценка экологической опасности поступающих в окружающую среду наночастиц, наноматериалов и наносубстанций, используемых в производстве, должна проводиться с применением принципов и экспериментальных методов экотоксикологии, методологии анализа рисков для здоровья населения, физико-химических методов исследования и методов моделирования. При этом анализ собранного материала должен осуществляться по схеме: опасность наночастиц → опасность наноматериалов → опасность нанотехнологий. Кроме того, исследования воздействия наночастиц должны проводиться с обязательным параллельным изучением их физико-химических параметров: состава, площади поверхности, размеров, формы, объемного распределения, характера распада, электростатических свойств поверхности и др. При этом должны быть предложены адекватные физические модели, пригодные для исследования поведения углеродных и металлсодержащих наночастиц и наноматериалов в биообъектах и объектах окружающей среды. Решение поставленных вопросов позволит, в конечном счете, преодолеть экологические ограничения, которые неизбежно возникнут в будущем в результате перехода от лабораторного производства к опытному и массовому промышленному производству и использованию наноматериалов.