Природные сорбенты и их использование для очистки сточных вод

УДК 628.31

Природные сорбенты - широко распространенные полезные ископаемые: цеолиты, трепелсодержащие породы, сапониты, бруситы, шунгиты, океанические железомарганцевые корки, анальцимсодержащие глины. Они могут использоваться без предварительной подготовки для очистки сточных вод от вредных компонентов и других целей. В статье рассмотрены качественные характеристики и возможности применения некоторых природных сорбентов. Предложенные технологические решения по обезвреживанию и утилизации производственных сточных вод с использованием природных сорбентов позволяют получать очищенную до необходимых нормативов воду, возвращать в технологический цикл ценные исходные компоненты.

Ключевые слова: природные сорбенты, цеолиты, сапонитовые аргилли- ты, сапониты и глины, клиноптилолит, биосорбенты, сапропель, брусит, очистка сточных вод от мышьяка.

В настоящее время производство минеральных природных сорбентов в России базируется главным образом на бентонитовых глинах и опал-кристобалитовых породах и частично диатомита. Удельный вес производства сорбентов на основе цеолитов в России невысок.

Природные цеолиты обладают рядом уникальных свойств - высокой селективностью поглощения и способностью разделять по размерам ионы и молекулы различных веществ, устойчивостью к действию температур, агрессивных сред и ионизирующим излучениям.

Цеолиты и цеолитизированные породы находят все большее применение в промышленности ввиду возможности их использования в различных отраслях. Одной из важных областей использования является производство из них дешевых природных сорбентов для охраны окружающей среды, в том числе для очистки вод. Основные области использования природных цеолитов приведены в таблице 1.

 Сырьевая база получения сорбентов на основе использования природных цеолитов высокого качества до распада СССР была обеспечена на многие десятилетия и находилась в легкодоступных местах, часто в непосредственной близости от потребителя. Всего было известно 20 месторождений цеолитсодержащего сырья, различных по составу и запасам.

Принятые технические условия и стандарты были разработаны в основном в странах ближнего зарубежья для находящихся там месторождений, и к настоящему времени, в связи с расширением областей использования природных сорбентов, требуют дополнений и корректировки.

Сапонитовые аргиллиты - новый вид сырья для получения сорбентов

Сапонит (sapo - мыло) - магниевая разновидность распространенного в природе глинистого минерала монт-мориллонита, который часто называют «сапонитовые глины», что не совсем отвечает их естественному состоянию. Это землистый, глиноподобный, плотный, с удельным весом 2,2A 2,3 г/см3 минерал, белый, с зеленоватым, желтоватым, красноватым оттенками, имеет химический состав (Mg3A2,25FeО0,75)3.[(OH)2 |Al0,33Si3,67O10]0,33A {(1/2Ca,Na)0,33(H2O)4} [4].

В сыром виде сапонит - мягкий, жирный на ощупь. Распростанен в зоне выветривания магнезиальных горных пород, главным образом серпентинитов, ассоциируется с магнезитом и опалом; в доломитах и магнезитах; в зоне окисления - в миндалинах основных эффузивных горных пород. Разновидности: лембергит, алюмосапонит, феррисапонит, никельсапонит, медмонтит, цебедассит.

Сапонит выявлен на северо-западе Российской Федерации (в Архангельской области), на месторождениях добычи алмазов в Якутии и других районах России. В настоящее время имеются практически неограниченные запасы сапонитовых глин с благоприятными горно-техническими условиями для отработки открытым способом. В Архангельской области построен комбинат по переработке 5 млн. т руды в год, которая представлена сапонитовой глиной и которая после извлечения алмазов будет направлена в отвал.

Сапонитовые глины как недефицитное природное сырье могут быть перспективным источником получения дешевого сорбента для очистки сточных вод от вредных компонентов, мелиорации почв и других отраслей народного хозяйства.

Изучение возможности очистки сточных вод сапонитами от аммонийных соединений и хрома показало низкую емкость по этим компонентам. Также низкая сорбционная емкость установлена и по отношению к фосфат-ионам (что соответствует поведению цеолитов в аналогичных системах).

Более интересные результаты получены по очистке сточных вод сапонитами от меди и кадмия. Первоочередность изучения этих загрязняющих воду компонентов обусловлена жесткими нормативами по содержаниям их в производственных стоках (менее 0,01 мг/дм3), при этом обычные концентрации, например, меди в 20 и более раз выше. Приемлемых дешевых методов очистки сточных вод от меди и кадмия, который является одним из самых токсичных элементов, в настоящее время нет.

Кинетические кривые сорбции меди сапонитом из растворов сульфата меди с исходным содержанием 50 мг/дм3 свидетельствуют, что ее поглощение протекает очень быстро, равновесное состояние практически устанавливается за 10-15 мин. Содержание меди в твердой фазе увеличивается до 0,2 %, т.е. в 20 раз по сравнению с исходным содержанием.

Аналогичные кинетические эксперименты с клиноптилолитом показали, что равновесие достигается примерно за такое же время (в случае низких концентраций элемента), однако остаточные концентрации меди после сорбции клиноптилолитом выше, чем после сорбции сапонитами: степень сорбции сапонитами составляет более 95%, клиноптилолитом, как правило, - не более 85%. Емкость сапонита и клиноптилолита в условиях проведенных экспериментов является примерно одинаковой.

В эксперименте по сорбции меди из бедных растворов (3 мг/л) в динамических условиях фильтрующим слоем сапонита при скорости пропускания два объема загрузки в час была установлена возможность пропустить 400 объемов загрузки при концентрации меди на выходе не более 0,02 мг/л. Фильтрующий слой клиноптилолита в аналогичных условиях позволяет очистить не более 200 объемов загрузки. Таким образом, было установлено, что сапониты имеют более высокие сорбционные свойства по отношению к кадмию и значительно превышают сорбционные свойства клиноптилолита.

Предварительная оценка сорбционных свойств сапонитов по отношению к кадмию свидетельствует о более низких по сравнению с медью показателях извлечения его из раствора, однако они гораздо выше, чем при использовании клиноптилолита. Использование сапонитов для извлечения кадмия из сточных вод имеет перспективу, работы в этом направлении и в направлении подготовки сапонитов к промышленному использованию (модификация, гранулирование) продолжаются.

Предварительные работы по изучению вещественного состава и определению сорбционных свойств сапонитов по отношению к некоторым токсичным компонентам сточных вод позволяет сделать некоторые практические выводы:
1. Использование сапонитов для очистки сточных вод от аммонийных, хромовых и фосфорных соединений малоперспективно, т.к. клиноптилолит обладает по отношению к этим соединениям значительно большей емкостью.
2. По кинетическим и термодинамическим показателям процесса сорбции некоторых цветных металлов сапониты превосходят клиноптилолит и являются перспективными природными сорбентами для очистки сточных вод от них.

Анальцимсодержащие сапониты и глины

По элементному составу анальцимсодержащие сапониты достаточно близки к сапонитовым глинам, однако имеют важное отличие - в них содержится цеолит - анальцим.

Анальцим - высококремнистый цеолит, сорбционные и ионообменные свойства которого изучены гораздо меньше, чем клиноптилолита или морденита, обладает твердостью 5,5 с удельным весом 2,2 г/см3, имеет состав Na(AlSi2O6)N2ONa [6].

В настоящее время продолжаются работы по использованию сапонитовых глин различных типов и модификаций при очистке сточных вод от широкого спектра вредных загрязняющих примесей.

Дальнейшее проведение научно-производственных технологических исследований по использованию цеолитсодержащих пород, месторождения которых находятся в центральной России, даст возможность расширить спектр их использования в различных отраслях народного хозяйства для повышения его продуктивности и позволит снять зависимость промышленности и сельского хозяйства от цеолита, доставляемого из дальних регионов страны или из ближнего зарубежья.

Клиноптилолит и подготовка его к использованию

Клиноптилолит - разновидность цеолита, наиболее часто применяемая в ионообменных процессах, при очистке сточных вод.

В зависимости от области применения требования к обогащению клиноптилолита различны. В частности, при использовании клиноптилолита для сорбции микроколичеств радиоактивных элементов - Cs137 и Sr90 с последующим захоронением подготовка материала к использованию может ограничиться одним дроблением. При использовании клиноптилолита в качестве катализатора или селективного ионита желательно получение мономинеральных концентратов.

Обогащение на концентрационных столах дало возможность получить клиноптилолит, содержащий примеси всего 1,5-0,5% (практически монофракцию).

Загрязнение концентрата связано с тонко вкрапленными примесями, поэтому в некоторых случаях целесообразно для получения более чистых концентратов, применяемых в качестве катализатора и селективного ионита, подвергнуть его флотационному обогащению.

Получение различных катионных свойств не представляет больших трудностей. Энергия активации для обмена одно-одновалентных ионов составляют около 2,5 ккал/моль; для одно-двухвалентных ионов – порядка 5 ккал/моль. Такие низкие значения энергии активации указывают на легкость протекания ионного обмена.

Кинетика ионного обмена на клиноптилолите также характеризует хорошую возможность получения различных катионных форм. Так, время, необходимое для достижения полного насыщения данной формы клиноптилолита, составляет: для одновалентных катионов - от 10 до 30 мин., для двухвалентных - от 250 до 400 мин., причем для двухвалентных катионов время полного насыщения значительно сокращается с увеличением температуры.

Улучшение свойств клиноптилолита достигается декатионированием и деалюминированием. Наиболее широко используется способ получения водородной формы клиноптилолита, основанный на обработке его парами NH4Cl при 300°C, после чего аммонийная форма нагревается в вакууме и затем в атмосфере кислорода при температуре 350°С.

Исследования каталитической активности показали, что она зависит в конечном счете от степени обмена на ионы аммония и температуры прокаливания.

Деалюминирование цеолитов осуществляется при обработке природного материала, при котором происходит переход в жидкую фазу обменных катионов и части алюминия.

При исследованиях была установлена зависимость растворимости цеолитов в кислотах от отношения SiO2/Al2O3. Установлено, что кислотоустойчивость цеолитов увеличивается с ростом этого отношения.

Таким образом, при использовании низкосортных цеолитов можно сохранить высококачественные цеолитовые породы для производства более ценных материалов, например, природных сорбентов.

Биосорбенты и их использование

Известны исследования по получению сорбентов из низинного торфа, гуминовых кислот и негидролизуемого остатка, полученного после выделения из торфа гуминовых кислот.

Одним из биосорбентов является сапропель. На основе теоретического изучения механизма сорбции обоснована модель комплексного сорбента, позволяющего из многокомпонентного раствора поглощать крупные органические молекулы и наиболее распространенные ионы тяжелых металлов. В качестве исходного сырья предложено использовать пресноводный сапропель, обладающий широким спектром характеристик.

Для усиления действия сапропеля были использованы органические углеродсодержащие добавки: обуглероженная льняная костра и активированный угольный порошок. Разработаны новые комплексные сорбенты сапролен и сапропель-актив для доочистки сточных вод от крупномолекулярных органических соединений и ионов тяжелых металлов [1].

В лабораторных условиях на модельных растворах и сточных водах были изучены сорбционные свойства разработанных сорбентов, а также сорбэкса и карбонатного сапропеля в статических и динамических условиях по отношению к нефтепродуктам, ПАВ и органическим красителям с одновременным присутствием ионов тяжелых металлов.

Наибольшей сорбционной емкостью в статических условиях по отношению к ионам тяжелых металлов обладает сорбэкс - его емкость составляет 0,111 мгAэкв/г, емкость сапропеля равна 0,1017 мгAэкв/г. В отношении растворенных нефтепродуктов и при наличии ионов металлов сорбц онная емкость указанных сорбентов составляет соответственно 0,03 мг/г и 0,12 мг/г, в отношении ПАВ, мг/г: сорбэкс - 0,47; сапропель - 0,44; сапропель-актив - 0,49; сапролен - 0,29. Сорбционная емкость при поглощении органического красителя равна, мг/г: сорбэкс - 0,16; сапропель - 0,18; сапропель-актив - 0,07; сапролен - 0,11.

В динамическом режиме фильтрации на модельном растворе, содержащем ионы свинца и нефтепродукты, были определены кинетические параметры сорбции для сорбэкса, сапропель-актива, сапропеля и бинарной смеси его с углем марки АГA3. Динамическая рабочая емкость изучаемых сорбентов по ионам свинца равна, мг/г: сорбэкс - 1,21; сапропель-актив - 0,74; сапропель - 1,16 и в составе смеси 0,84. По нефтепродуктам наибольшая динамическая емкость наблюдалась у сапропель-актива (1,01 мг/г), у бинарной смеси этот показатель равен 0,94 мг/г. Степень использования емкости у изучаемых сорбционных загрузок по ионам свинца находится в пределах 45-69% и по нефтепродуктам достигает 80%.

Для очистки сильнозагрязненных сточных вод в статических условиях с преобладанием высоких концентраций ионов меди, цинка и свинца (150 л/500 мг/л) и растворенных нефтепродуктов порядка 30A80 мг/л более экономично использовать относительно дешевый сапропель. Степень поглощения сапропелем указанных поллютантов 70-95% от их исходной концентрации и сорбционная емкость, мг/г: цинка - 2,21; меди - 0,86; свинца - 0,69; нефтепродуктов - 0,12. Сорбэкс более полно сорбирует ионы тяжелых металлов (94-98%), его сорбционная емкость составляет, мг/г: для цинка - 2,54; меди - 0,83; свинца - 0,73; нефтепродуктов - 0,03. В динамических условиях при наличии растворенных нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов в качестве зернистой загрузки эффективно использовать сапропель-актив. В качестве альтернативы может быть применена бинарная смесь сапропель + активированный уголь АГA3. Сапропель и сорбэкс целесообразно применять в том случае, когда в очищаемой воде преобладают ионы металлов.

Установлено, что максимальный сорбционный эффект в динамических условиях достигается при каскадной (ступенчатой) фильтрации через последовательно расположенные сорбенты: сапропель > сапролен > сап ропель-актив > сорбэкс > АУ. Остаточная концентрация поллютантов в сточной воде, прошедшей каскадную фильтрацию, не превышает ПДКрыбохоз. Производственные испытания комплексного сорбента сапропель-актив проводились на автомойке с оборотной системой водоснабжения на стадии доочистки в качестве альтернативы кварцевому песку. По результатам использования грязеемкость сорбента составила, кг/м3: ПАВ - 31,25; нефтепродукты - 1,63; железо - 5,0; свинец - 0,09 и глубина доочистки сточной воды по всем поллютантам не превысила ПДКрыбохоз.

Предложено техническое решение по очистке котлована многокомпонентной сточной воды. Основным элементом в данном техническом решении является фильтрующая дамба, ядро которой сложено комплексными сорбентами. Сооружение подобного типа позволяет предотвратить экологический ущерб при сбросе загрязненных жидких отходов в речную сеть. Кроме того, использование отходов текстильной промышленности и отходов при изготовлении активных углей позволяет улучшить экологическую ситуацию и повысить рентабельность производства.

Брусит для очистки сточных вод от мышьяка

Брусит встречается в виде сплошных плотных, чешуйчатых, листоватых масс, по внешнему виду напоминающих гипс. Обычны толстотаблитчатые кристаллы и их сростки. Главными простыми формами являются пинакоид (0001) и призма (1120). Реже образует волокнистые параллельно-шестоватые агрегаты (немалит).

Брусит возникает за счет горячих и холодных вод в щелочной среде как вторичное образование по магнезиальным силикатам. Продукт изменения периклаза в зоне контактового метаморфизма известняков. Встречается в трещинах серпентинитов. Это второстепенный компонент карбонатсодержащих филлитов и зелены сланцев. Наблюдаются переходы брусита в гидромагнезит. Сопутствующие минералы - серпентинит, магнезит, гидромагнезит и хлориты [4].

Промышленные месторождения брусита известны в США (вблизи г. Габбе в штате Невада) и России (Кульдурское). Кульдурское месторождение брусита расположено в районе п. Известковый Облучненского района Еврейской автономной области, в 170 км от Хабаровска. Месторождение осваивается с 1969 года, разведанные запасы составляют 14 млн. т. Кроме того, брусит известен на Урале, в Сибири и на Кавказе в серпентинизированных массивах.

Немалит встречается в Баженовском асбестовом месторождении (Свердловская область). Хорошо образованные кристаллы немалита в виде широких пластинок до 19 см длиной обнаружены на рудниках Вуд и Лоу (штат Техас, США). Немалит с волокнами длиной более 50 см найден в Асбестосе (провинция Квебек в Канаде).

Добавки на основе брусита используют при очистке газов от хлора и для сорбционной очистки воды. Большая работа по изучению сорбционных свойств брусита по отношению к мышьяку проведена сотрудниками Института горного дела СО РАН (г. Новосибирск) [3].

В процессе комплексной переработки сульфидных руд тяжелых цветных металлов в сточных водах, хвостах, промежуточных и отвальных продуктах присутствует мышьяк в виде разнообразных соединений. Существующие методы обезвреживания мышьяксодержащих отходов не всегда отвечают экологическим требованиям. Присутствие мышьяка в сточных и грунтовых водах является проблемой глобального характера в силу его токсичности.

В водных средах мышьяк присутствует преимущественно в виде арсенатов (V) и арсенитов (III), при этом последние в десятки раз токсичнее. Концентрация его может составлять от 20-300 мкг/л до 1-2000 мг/л.

Опыт использования природного минерала класса гидроокислов брусита (химическая формула - Mg(OH)2) в качестве эффективного сорбента для извлечения тяжелых металлов, органических соединений и других из водных сред позволил предположить возможность его использования для извлечения мышьяка.

В ранее проведенных исследованиях [2, 3] было установлено, что:
- брусит проявляет высокие сорбционные свойства по отношению к ионам тяжелых металлов в моно- и поликомпонентных системах;
- сорбционная емкость брусита в сотни раз превосходит этот показатель для известных природных сорбентов: цеолитов, бентонитовых глин, шунгита, торфа и т.п.;
- термическая обработка брусита при 600-700°С приводит к образованию модифицированных форм минерала с еще более высокой активностью за счет образования «дефектной» кристаллической структуры периклаза.

Исследования проводились на растворах с концентрацией 1-100 мг/л и с микроконцентрациями - 10-100 мкг/л As в статических и динамических режимах на модельных растворах, приготовленных из оксида мышьяка (III) и арсената натрия. В качестве сорбента использовали природный минерал и термически модифицированный.

Исследования по сорбционному извлечению мышьяка в статических режимах проводились методом переменных концентраций. Растворы помещали в колбы, добавляли навески брусита крупностью 10-50 мкм, перемешивали на магнитных мешалках со скоростью 1100-1400 об/мин. Время перемешивания определялось кинетикой процесса сорбции. Осадок отделяли фильтрованием, в фильтратах определяли остаточную (равновесную) концентрацию.

Исследования сорбции в динамических условиях проводили в сорбционных колонках диаметром 1,8-2 см. Брусит размером 0,5-3 мм помещался в колонки, высота загрузки - 55-60 см, линейная скорость пропускания растворов A- 5 м/час.

В ходе исследований сорбции мышьяка (III) на природном и модифицированном брусите из растворов с концентрацией 1-100 мг/л были получены следующие результаты: равновесная концентрация устанавливатся за 45-60 мин.; оптимальный диапазон значений рН составил 5-6,5; расход природного и модифицированного брусита - 2 г/л; сорбционная емкость модифицированного брусита (50-83 мг/г) в 8-10 раз превышает этот показатель у природного сорбента (6-9 мг/г).

Получены следующие результаты сорбции мышьяка (III) на природном и модифицированном брусите из растворов с концентрацией 10-100 мкг/л: расход природного брусита - 2 г/л; модифицированного - 1A1,5 г/л; сорбционная емкость природного брусита составляет 10-12 мкг/г; модифицированного сорбента в 5-6 раз больше (66 мкг/г). Это свойство модифицированного брусита позволяет заметно увеличить степень извлечения мышьяка из водных растворов. Следует отметить, что остаточные концентрации мышьяка в растворах соответствуют нормам (ПДК=10 мкг/л) на питьевую воду.

Исследования сорбции As (III) в динамическом режиме показали, что использование природного брусита позволяет снизить концентрацию мышьяка со 100 до 50 мкг/дм3 в 120- 130 объемах пропущенной воды относительно объема загрузки фильтровальной колонки. Модифицированный брусит снижает концентрацию As до 10 мкг/л в 400 объемах воды и до 30-50 мкг/л еще в 400 объемах относительно объема загрузки.

Извлечение мышьяка (V) из растворов с микроконцентрациями 10-100 мкг/л проводили в статических условиях. Кинетика сорбции As (V) на природном и модифицированном брусите в 5A6 выше, чем As (III). Равновесное состояние устанавливается за 10-15 мин.

Сорбционная емкость брусита по отношению к As (V) значительно выше, чем по отношению к As (III), и составляет для природного брусита - 95 мкг/г, для модифицированного - 191 мкг/г. Равновесные концентрации соответствуют уровню следовых, т.е. происходит практически полное извлечение мышьяка (V).

Таким образом, природный и модифицированный брусит наиболее эффективно сорбирует из водных растворов соединения мышьяка (V). Необходимо отметить, что арсенаты магния относятся к классу труднорастворимых соединений (произведение растворимости Mg(AsO4)2 A 2.1•10A20) и пригодны для захоронения. Это открывает перспективы создания основ сорбционной технологии извлечения мышьяка из природных и техногенных вод.

Горнодобывающая и горнометаллургическая промышленность является наиболее значительным фактором антропогенного воздействия на окружающую среду. В процессе добычи, обогащения и комплексной переработки руд цветных металлов в сточных водах, хвостах, технологических растворах и отвальных продуктах присутствуют металлы и токсичные элементы.

Несовершенство систем оборотного водоснабжения и очистных сооружений на предприятиях создает угрозу попадания повышенных концентраций вредных веществ в гидросферу. Наиболее опасным для экосистем является мышьяк (Аs), известные методы извлечения которого не позволяют очищать сточные воды до необходимых концентраций и получать осадки, растворимость которых в воде была бы близка к санитарной норме.

По мнению большинства исследователей, наиболее перспективным методом извлечения мышьяка из водных сред является сорбционный с использованием природных материалов, которые недороги, доступны и позволяют снизить содержание Аs до значений ПДК.

Некоторые природные минералы способны образовывать труднорастворимые соединения с мышьяком, что способствует удешевлению захоронения осадков. Так как оксид и гидроксид магния проявляют высокий уровень сродства к мышьяку, в качестве сорбента для извлечения мышьяка из водных сред использовался природный минерал класса гидроокислов - брусит [3].

Исследования проводились на модельных растворах и сточных водах металлургического предприятия. Модельные растворы готовились из оксида мышьяка (III) и арсената натрия на водопроводной воде с концентрацией от 1 до 100 мг/л Аs. В качестве сорбента использовался природный минерал и термически модифицированный. Основные сорбционные характеристики брусита по отношению к мышьяку (III) и (V) определялись в статических условиях. Растворы помещались в колбы, добавлялись навески брусита крупностью 10-50 мкм, перемешивались на магнитных мешалках. Осадок отделялся фильтрованием, в фильтратах определялась остаточная концентрация мышьяка.

В результате экспериментов получены следующие данные: равновесная концентрация устанавливается за 60 минут; оптимальный диапазон pHA ~ 5,0A8,0; расход природного и модифицированного сорбента - 4 и 0,5 г/дм3 соответственно.

Установлено, что природный минерал проявляет слабые сорбционные свойства по отношению к Аs (III) и Аs (V), сорбционная емкость - 2A4 мг/г, а у модифицированного сорбента этот показатель в 10-15 раз выше (20-60 мг/г), что позволяет заметно увеличить извлечение трех- и пятивалентного мышьяка из водных растворов. В зависимости от расхода брусита степень извлечения может достигать 90~98%. Сорбционная емкость модифицированного брусита в 3 раза выше по отношению к Аs (III), чем к Аs (V). Это свойство выделяет брусит среди других сорбентов, проявляющих сродство к мышьяку, так как в основном эта зависимость носит обратный характер.

Исследование образующегося осадка методом ИКAспектроскопии показало, что сорбция Аs на брусите происходит с образованием арсенатов и арсенитов магния.

Необходимо отметить, что арсенаты магния относятся к классу труднорастворимых соединений (произведение растворимости Мg3(As04)2 A
2,1.10A20), т.е. пригодны для захоронения. Для оценки устойчивости полученных осадков проводились испытания в течение длительного времени на определение степени выщелачивания мышьяка. Результаты анализа показали, что в течение года содержание токсиканта в контрольных пробах водной среды, в которую были помещены образцы, не превышает уровня следовых концентраций. Кроме того, брусит проявляет высокие щелочные свойства, что позволяет использовать его для нейтрализации кислых растворов.

 Очистку реальной сточной воды от мышьяка проводили в статическом режиме на природном и модифицированном брусите. Представленный для исследований сток содержал 43,0 мг/дм3 мышьяка, а также медь, железо, свинец, цинк, алюминий и другие металлы в концентрациях от 1 до 170 мг/дм3, pH ~1,49. Расход сорбентов составил 4-7 г/дм3, из них 2-3 г/дм3 расходуются на нейтрализацию растворов.

Сорбция в представленном растворе начинается после доведения pH >4. Дальнейшее повышение значения рН дает возможность выделить из раствора не только мышьяк, но и практически все металлы. Модифицированный брусит проявляет более высокие сорбционные и щелочные свойства, позволяя достичь полного извлечения мышьяка. Методом рентгено-флуоресцентной спектроскопии выполнен анализ осадков, полученных в результате сорбции на брусите. Осадки, содержащие значительные количества меди, свинца, железа и т.д., могут быть переработаны с целью выделения этих металлов.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Природный и модифицированный брусит может быть использован для выделения мышьяка из сточных вод и перевода в труднорастворимые, пригодные для захоронения соединения (арсенаты магния).
2. Одновременно с мышьяком на поверхности сорбента выделяются присутствующие в водной среде цветные металлы.

Результаты исследований открывают реальную перспективу эффективного использования брусита в сорбционной технологии очистки сточных вод от мышьяка и цветных металлов. Щелочные свойства брусита усиливают привлекательность предлагаемой технологии, т.к. эти свойства позволяют исключить применение других химических реагентов для нейтрализации кислых растворов.

Шунгит и его использованиe

Шунгит (от названия с. Шуньга в Карелии) - метаморфическая порода (сланцы, алевролиты), содержащая скрытокристаллический углерод (собственно шунгит - природный аналог стеклоуглерода).

Шунгит, содержащий глинистую составляющую, способен вспучиваться при нагревании до температуры 1080-1150°С с образованием гранул округлой формы. Это плотные (насыпная объемная масса - 400 кг/м3, водопоглощение - не более 0,5%), прочные (предел прочности - 1,2- 1,4 мПа) породы черного цвета, слоистые или монолитные (твердость - 4-5). Образование шунгита связано с природными процессами коксования, сопроводающимися переходом органического углерода в аморфную разновидность, которая часто выделяется в виде мелких жилоподобных тел (собственно шунгит).

Имеются большие перспективы использования некоторых разноостей шунгита в качестве легких пористых заполнителей бетонов (шунгизитов) после их вспучивания в результате быстрого нагрева до температур более 1000°С.

Литература:
1. Андреева Н.П. Применение комплексных сорбентов для очистки сточных вод от крупномолекулярных органических соединений и тяжелых металлов. Автореферат на соискание уч. степени к.т.н., 2006,155 с.
2. Бочкарев Г.Р., Пушкарева Г.И. О новом природном сорбенте для извлечения металлов из водных сред //ФТПРПИ, 1998, №4, - С.72-74.
3. Бочкарев Г.Р., Пушкарева Г.И. О новом природном сорбенте для извлечения металлов из водных сред //ФТПРПИ, 2005, №4, - С.102-107.
3. Зубков А.А. Шуленина З.М. Оценка анальцимсодержащих сапонитовых аргиллитов в качестве сорбента широкого профиля использования. // V конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы конгресса. Т. 1. С.176-179. - М.: Альтекс, 2005.
4. Зубков А.А., Шуленина З.М., Подзноев Г.П. К вопросу активации и модифицированию цеолитсодержащих пород. Материалы VIII международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», Моск- ва-Таллинн 14-18 сентября 2009 г. С. 150-152.
5. Зубков А.А., Шуленина З.М., Воробьев А.Е. Использование высококремнистых природных сорбентов центральной России для нужд сельского хозяйства. Ресурсно-эколо- гические проблемы в XXI веке: инновационное недропользование, энергетика, экологическая безопасность и нанотехнологии: Материалы международной конференции. Москва- Алушта, 27 сентября - 04 октября 2009 г.- М.: РУДН. 2009. С. 34-38.
6. Зубков А.А., Г.Б. Мелентьев, Шуленина З.М. Перспективы многоцелевого использования природных цеолитов как фактора экологизации промышленных и сельскохозяйственных производств. Актуальные проблемы, направления и механизмы развития производительных сил Севера - 2012 // Материалы Третьего всероссийского научного семинара (28-30 июня 2012 г., Сыктывкар); часть I, С. 280-286.
7. Зубков А.А., Мелентьев Г.Б., Шуленина З.М. Природные цеолиты как молекулярные сита в системе технологических инноваций, повышения экологической безопасности и интенсификации сельскохозяйственного производства. // Сборник матер. междунар. науч.-практич. конференции «Рациональное природопользование: ресурсо- и энергосберегающие технологии и их метрологическое обеспечение» (22-24 июня 2014 г. Петроза- водск) - М. ФГУП ВИМИ - С. 323-326.
8. Зубков А.А., Шуленина З.М., Мелентьев Г.Б. Новое направление использования продуктов переработки вермикулита // Материалы Второй международной научной конференции 12-16 сентября 2015. Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов. - Петрозаводск: - 2015. - С.76-78.
9. Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность / [З,И. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов, и др.]. - Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.- 401с.

Natural sorbents and their use for wastewater treatment

Natural sorbents P widespread minerals: zeolites, trailcameras breed, saponite, brucite, shungites, ocean ferroP manganese crusts, analysisparadina clay. They can be used without preliminary preparation for the treatment of wastewater from harmful components and other purposes. In the article qualitative characteristics and the potential applications of some natural sorbents. The proposed technological solution for the disposal and recycling of industriP al waste water using natural sorbents allow to obtain purified to the required standards the water to return into the technological cycle valuable seed components.

Keywords: natural sorbents, zeolites, saponite argillites, saponite and clay, clinoptilolite, biosorbents, sapropel, brucite, wastewater treat- ment from arsenic.

Bagrov Valery Vladimirovich, Ph.D. (Engineering), Deputy Director;
Kamrukov Alexander Semenovich, Ph.D. (Engineering), head of Department;
Kostritsa Vladimir Nikolaevich, Ph.D. (Engineering), leading engineer;
Zubkov Anatoliy Aleksandrovich, Ph.D. (Engineering), leading engineer of the technical University.

Research Institute of power engineering, Moscow state technical University named after N. Uh. Bauman (MGTU im. N. E. Bauman). 105005, Russia, Moscow, Lefortovo St., D. 1. Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine», №6 (118), 2017 г.