Шунгит и цеолит для обезвреживания сточных вод

Бурное развитие промышленности, транспорта, энергетики, сельского хозяйства в XXI веке привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приобрело глобальный характер [6, 12, 14]. Без воды не может функционировать ни один город, ни одно предприятие. Использованные для различных целей во- ды, загрязняются, становятся не пригодными для дальнейшего применения, так образуются сточные воды [1, 13]. Сточные воды характеризуются содержанием токсичных элементов, нефтепродуктов, биогенов и массы других загрязняющих веществ. Поступление таких стоков в водные объекты изменяет химический состав воды, микроорганизмов, биохимический режим водных объектов. Все это приводит к ухудшению экологического состояния водных объектов [15]. Для повторного использования, а также для выпуска в водоёмы, сточные воды должны быть обезврежены.

Для обезвреживания сточных вод, в зависимости от степени загрязнённости и наличия средств, применяют различные методы. Особое внимание привлекают методы, основанные на применении сорбентов [2]. Процессы сорбционного связывания различных органических веществ получили широкое применение для решения экологических проблем, связанных с очисткой промышленных и бытовых сточных вод.

Целью исследования явилась оценка эффективности применения сорбентов шунгита и цеолита для обезвреживания сточных вод.

Материал и методы исследований. Исследования проведены в отделе токсикологии ФГБНУ «ФЦТРБ-ВНИВИ». Для эксперимента были использованы сорбенты шунгит Зажогинского месторождения (ТУ 5714-007-12862296-01) и цеолит Татарско-Шатрашанского месторождения, предоставленные Ибрагимовым Н.Н. (ООО «Татинвест»).

Шунгит Зажогинского месторождения представляет собой природный композит, состоящий на 30 % из шунгитового углерода, 70 % силикатных минералов, 20 % слюды и 3 % сульфитов. Химический состав шунгита Зажогинского месторождения (масс.%): SiO 2 – 57,0; TiO 2 – 0,2; Al 2 O 3 – 4,0; FeO – 2,5; MgO – 1,2; CaO – 0,3; Na 2 O – 0,2; K 2 O – 1,5; S – 1,2; C – 30,0; H 2 O крист – 1,7. Породы данного месторождения в достаточной степени стабильны по составу. В опыте использован шунгит в виде щебня, с размером фракций 10-15 мм.

Минеральный состав цеолитсодер-жащей породы Татарско-Шатрашанского месторождения, используемой в эксперименте: клиноптилолит 19-22 %, опал-кристобалит 46-48 %, глинистые минералы 8-11 %, кальцит 20-23 %, кварц 1-3 %, полевой шпат 1 %. Содержание цеолитов в породе не менее 20%. Химический состав породы (масс.%): SiO 2 – 52-56; TiO 2 – 0,3; Al 2 O 3 – 5-6; Fe 2 O 3 – 2,3; MgO – 1,26; CaO – 14,9; Na 2 O – 0,14; K 2 O – 1,24; Р 2 О 5 – 0,11. В эксперименте использован цеолит с размером фракций 8-10 мм.

Для проведения исследования использовали образцы проб сточной воды, отобранные с очистных сооружений [4]. Проведена ее фильтрация через фильтр, представляющий собой две пластиковые емкости, помещенные одна в другую, в днище внутренней емкости имеются отверстия для стекания фильтрируемых вод, наружная емкость снабжена штуцером с краном для стекания профильтрованной воды. Внутренняя емкость на 4/5 объема была заполнена сорбентами шунгитом и цеолитом, разделенными между собой пористой перегородкой. Скорость фильтрации составила 1,5 л/мин. Объем сточной воды, подвергшейся фильтрации составил 20 литров.

Физико-химический анализ воды проводили согласно МР ПНД Ф 12.16.1-10, 14.1:2:3:4.121-97, 14.1:2.159-2000, 14.1:2.395, 14.1:2.96-97 [3, 7-10]. Содержание токсичных элементов определяли атомноадсорбционным методом на анализаторе ААС PerKen Elmer «AAnalyst» [11]. Микробиологические исследования проб сточной воды проводили, руководствуясь методическими указаниями МУК 4.2.1884-04 [5].

Результаты исследований. Исследования показали, что изначально сточная вода по большинству из анализируемых показателей не соответствовала установленным нормам. Результаты анализа образцов сточной воды до и после ее фильтрации представлены в таблице 1.

Так, запах соответствовал 4 баллам, (выше нормы в 2 раза), цветность – 389,2 град (превышение нормы в 11 раз), мутность – 25,2 ЕМФ (норма до 3,5 ЕМФ).

Содержание железа составило 4,1 мг/дм3, хлоридов – 392 мг/дм3 при норме 0,3 и 350 мг/дм3 соответственно. Количество ионов аммония в исходной воде составило 148,87 мг/дм3, в то время как по нормативам их содержание не должно превышать 1,5 мг/дм3. Показатель стабильности был ниже установленной минимальной нормы на 48,1%.

После того, как была проведена фильтрация проб сточной воды через шунгито-цеолитовый фильтр, наблюдались положительные сдвиги по большинству из изучаемых показателей.

При этом запах ослабевал и был равен 1 баллу, показатели мутности и цветности снизились до уровня норм и составили соответственно 2,5 ЕМФ и 20 град. Водородный показатель сместился в нейтральную сторону. Содержание активного хлора, хлоридов и железа снизилось на 94,1; 97,5 и 97,6 % соответственно. Концентрация ионов аммония, при значительном превышении данного показателя в исходном материале, уменьшалась на 99,9 %, и составила 0,038 мг/дм3. Стабильность воды после фильтрации возросла до уровня нормы. Количество токсичных элементов в сточных водах как до, так и после фильтрации не превышало предельнодопустимого уровня.

Общее микробное число проб исходной сточной воды составило 4,2х106 КОЕ/см3, патогенные микроорганизмы обнаружены не были, содержание стафилококков – 3,4х102 КОЕ/см3, индекс бактерий группы кишечной палочки составил более 10000 микробных клеток/л.

Таблица1 – Результаты анализа сточной воды до и после фильтрации

После фильтрации микробная обсе-мененность исследуемых проб сточной воды составила 6,0х102; патогенная микрофлора не обнаружена, индекс бактерий группы кишечной палочки – менее 10 микробных клеток/л.

Заключение. В ходе исследований установлено, что использование природных сорбентов шунгита и цеолита способствует значительному улучшению качества сточных вод по большинству анализируемых показателей, включая микро- биологические.

Резюме

Представлены результаты оценки эффективности использования сорбентов шунгита и цеолита для очистки сточных вод из очистных сооружений. С этой целью пробы сточной воды пропускали через слои шунгито-цеолитового фильтра, после чего проведена оценка ее физико-химических свойств, санитарно-микробиологических показателей, содержания токсичных элементов. Установлено, что исходные образцы сточных вод по большинству из анализируемых показателей не соответствовали установленным нормам. После очистки сточной воды с использованием шунгито-цеолитового фильтра отмечены положительные сдвиги по большинству из оцениваемых показателей. При этом отмечалось снижение запаха, мутности и цветности до предельно допустимого уровня. Содержание активного хлора, хлоридов и железа снижалось на 94,1; 97,5 и 97,6 % соответственно. Концентрация ионов аммония уменьшалась на 99,9 %, при значительном превышении данного показателя в исходном образце. Количество токсичных элементов в исследуемых пробах не превышало предельно допустимых концентраций. Общее микробное число проб исходной сточной воды составило 4,2х106 КОЕ/см3, количество стафилококков – 3,4х102 КОЕ/см3, индекс бактерий группы кишечной палочки составил более 10000 микробных клеток/л. После фильтрации общее микробное число исследуемых проб сточной воды составило 6,0х102; патогенная микрофлора не обнаружена, индекс бактерий группы кишечной палочки – менее 10 клеток/л. Показано, что использование природных сорбентов шунгита и цеолита способствует значительному улучшению качества сточной воды по большинству анализируемых показателей, включая микробиологические.