Дослідження можливості використання природних цеолітів в процесах очистки стічних вод від іонів важких металів

Abstract

Драголюб Є.С. Дослідження можливості використання природних цеолітів в процесах очистки стічних вод від іонів важких металів Актуальність теми. Забруднення навколишнього природного середовища, спричинене техногенною діяльністю людини, є однією із нагальних проблем, яка вимагає своєчасних ефективних технологічних рішень. Вагомою складовою є проблема очищення стічних вод від іонів важких металів. Одними із значущих антропогенних джерел надходження іонів важких металів у навколишнє середовище є стічні води підприємств приладобудування, машинобудування, кольорової металургії та ряду інших галузей. Важкі метали представляють серйозну екотоксикологічну небезпека, оскільки неодноразово було відзначено їх шкідливий вплив на фізіологію людини. На локальних очисних спорудах гальванічного виробництва вищеперелічених підприємств найчастіше застосовують реагентні методи очищення стічних вод, які не дозволяють знизити концентрацію іонів важких металів до нормативів, допустимих концентрацій забруднюючих речовин, які приймаються в систему міської каналізації, а також до нормативів скидання у відкриті водойми, в тому числі і рибогосподарські. У зв’язку з цим стічні води необхідно або піддавати додатковій доочистці, або шукати альтернативні методи. Адсорбційні методи очищення стічних вод поряд з високою ефективністю відносяться до найбільш екологічно чистих методів. Основним критерієм при виборі матеріалу для очищення стічних вод є його адсорбційні якості, пористість структури і економічність. Тому поряд з високоефективними, але дорогими, синтетичними полімерними адсорбентами активно досліджуються відносно недорогі й доступні адсорбенти, зокрема цеоліти. Їх висока адсорбційна здатність і молекулярно-ситової ефект визначають широке використання цеолітів при очищенні питної води, після видалення іонів важких металів з виробничих стічних вод, відновленню рекреаційних і рибогосподарських водойм. Мета роботи полягає у дослідженні структури природного цеоліту Сокирницького родовища (південно-східна частина Закарпатського внутрішнього прогину) та можливості його використання у якості адсорбенту для очищення стічних вод від іонів важких металів. Об’єкт дослідження: природний цеоліт – клиноптилоліт, видобутий з родовища Сокирниця. Предмет дослідження: статичні, кінетичні та динамічні закономірності сорбції іонів важких металів цеолітом. Методи дослідження: для експериментального визначення іонів важких металів в стічних водах використовували фотоколометричний метод; метод теоретичного аналізу процесу сорбції та аналітична обробка даних за допомогою ПК. Результати дослідження. На основі експериментальних досліджень з використанням різних модифікацій цеоліту встановлено, що найвищу сорбційну здатність проявляє цеоліт модифікований комбінованим методом. Було визначено, що в області малих концентрацій – 0,05-0,1 мг/дм3 за 24 години цеоліт повністю адсорбує йони купруму незалежно від методів його модифікацій. Зі збільшенням концентрації йонів міді у розчині, ефективність сорбції знижується. Встановлено, що за статичних умов цеоліт до та після модифікації найефективніше адсорбує іони важких металів за низьких значень pH. У нейтральному та лужному середовищі, з появою гідроксильних форм, адсорбція важких металів відсутня. Наукова новизна:  експериментально доведено можливість використання цеоліту в якості адсорбенту для вилучення іонів важких металів з стоків з високою ефективністю очищення;  встановлено, що ефективність очищення стічних вод від іонів важких металів цеолітом залежить від умов його модифікації і умов проведення процесу очищення стоків (рН середовища, концентрації іона-забруднювача у воді, методі обробка (модифікації) – термічна, кислотна, комбінована).  встановлено, що найвищий ступінь очисткти досягаєтсья при завтосування цеоліту модифікованим комбінованим способом. Теоретичне і практичне значення: досліджено закономірності процесу очистки стічних вод від іонів важких металів із застосуванням у якості адсорбенту цеоліту. Структура та обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається зі вступу, анотації, двох розділів, висновків, переліку посилань (24 джерела), графічної документації до кваліфікаційної роботи магістра, додатків. Повний обсяг роботи – 74 сторінки друкованого тексту, основна частина – 60 сторінок.

Dragolyub E.S. Investigation of the possibility of using natural zeolites in the processes of wastewater treatment from heavy metal ions Actuality of theme. Environmental pollution caused by man-made activities is one of the urgent problems that requires timely and effective technological solutions. An important component is the problem of wastewater treatment from heavy metal ions.An important component is the problem of wastewater treatment from heavy metal ions. One of the significant anthropogenic sources of heavy metal ions in the environment is wastewater from instrumentation, mechanical engineering, non-ferrous metallurgy and a number of other industries. Heavy metals pose a serious ecotoxicological hazard, as their harmful effects on human physiology have been repeatedly noted. At local treatment plants of galvanic production of the above enterprises, reagent methods of wastewater treatment are most often used, which do not allow to reduce the concentration of heavy metal ions to the standards. Therefore, wastewater should either be treated further or alternative methods should be sought. Adsorption methods of wastewater treatment, along with high efficiency are among the most environmentally friendly methods. Along with highly effective, but expensive, synthetic polymeric adsorbents, relatively inexpensive and available adsorbents, in particular zeolites, are being actively studied. The purpose of the work: is to study the structure of the natural zeolite of the Sokyrnytsky deposit and the possibility of its use as an adsorbent for wastewater treatment from heavy metal ions. Object of research: natural zeolite – clinoptilolite extracted from the Sokyrnytsia deposit. Subject of research: static, kinetic and dynamic regularities of sorption of heavy metal ions by zeolite. Research methods: photocolometric method was used for experimental determination of heavy metal ions in wastewater; method of theoretical analysis of the sorption process and analytical data processing using a PC. Results of the research: Based on experimental studies using different modifications of zeolite, it was found that the highest sorption capacity is shown by the zeolite modified by the combined method. It was determined that in the region of low concentrations - 0.05-0.1 mg/L for 24 hours, zeolite completely adsorbs copper ions, regardless of the methods of its modifications. As the concentration of copper ions in the solution increases, the sorption efficiency decreases. It is established that under static conditions the zeolite before and after modification most effectively adsorbs heavy metal ions at low pH values. In a neutral and alkaline environment, with the appearance of hydroxyl forms, the adsorption of heavy metals is absent. Scientific novelty:  experimentally proven ability to use zeolite as an adsorbent for the removal of heavy metals from wastewater with high efficiency cleaning;  it is established that the efficiency of wastewater treatment from heavy metal ions by zeolite depends on the conditions of its modification and the conditions of the wastewater treatment process (pH of the medium, concentration of the pollutant ion in water, method of treatment (modification) – thermal, acid, combined);  it is established that the highest degree of purification is achieved when the zeolite is hardened by a modified combined method. Theoretical and practical significance: the regularities of the process of wastewater treatment from heavy metal ions with the use of zeolite as an adsorbent have been studied. Structure and scope of work. The master's qualification work consists of introduction, annotation, two chapters, conclusion, list of references (24 sources), graphic documentation, applications. The full amount of work is 74 pages of printed text, the main part is 60 pages.