Технологии очистки почв и земель от стойких органических загрязнителей

      Природные цеолиты используются в виде порошков и фильтрующих материалов для  очистки воды от ПАВ, ароматических  и канцерогенных органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и  бактериальных загрязнений.

      Кроме цеолитов и природных глин перспективными являются неорганические иониты. Среди них можно выделить следующие:

1. Гранулированные методом замораживания труднорастворимые фосфаты металлов (циркония, титана, хрома, железа, тория, сурьмы и др.) , прежде всего, цирконилфосфат (ZrO) _m (H ₂ PO ₄ ) _n с различным отношением m: n, отличающийся высокой емкостью обмена, термической и радиационной устойчивостью и высокой селективностью к ионам цезия, рубидия, калия и аммония, а также таллия. Цирконилфосфат устойчив в концентрированных кислотных и солевых растворах, сохраняя в них высокую ионообменную емкость и избирательность к вышеуказанным катионам.

      Цирконилфосфат может быть использован для извлечения из сильнокислых и сильноминерализованных радиоактивных растворов долгоживущего изотопа ¹³⁷ Cs; для разделения продуктов радиоактивного распада урана в атомных реакторах: ⁸⁹ Sr- ¹³⁷ Cs, ⁸⁹ Sr- ¹⁴⁴ Cs, ⁹⁰ Sr- ⁹⁰U; для отделения ⁹⁵ Nb и ⁹⁵ Zr от ¹⁰⁶ Ru; для извлечения ионов таллия из растворов в производстве и при использовании солей таллия.

2. Синтетические титано- и цирканосиликаты, обладающие молекулярноситовыми свойствами цеолитового уровня, высокой обменной емкостью и селективностью к ряду катионов.
3. Труднорастворимый кристаллический оксалат циркония, селективный по отношению к катионам свинца и калия.
4. Труднорастворимые соли поли- и гетерополикислот: фосфомолибдаты, фосфорвольфраматы, вольфраматы, фосфорарсенаты, производные фосфорносурьмяной кислоты, кремнесурьмяной кислот и другие обладающие селективностью к редким щелочным, щелочноземельным и тяжелым металлам.
5. Ферроцианиды щелочных и тяжелых металлов (железа, меди, цинка, молибдена, никеля, титана, олова, ванадия, урана, вольфрама и т.п.) , способные к избирательной сорбции ионов Pb ⁺ , используются для поглощения Rb, Cs из растворов и Tl ⁺ из водных растворов. Например, с помощью ферроцианида щелочного металла и никеля эффективно извлекается рубидий из отработанного раствора при переработке карналлитовых руд.
6. Нерастворимые сульфиды и гидроксиды металлов. Например, известно о возможности успешной очистки никелевых электролитов от примесей ионов меди, свинца, кадмия, мышьяка, сурьмы, олова, висмута с помощью нерастворимого сульфида никеля, от примесей железа (II) и кобальта (II) с помощью гидроксидов никеля в сочетании с органическим сильноосновным анионитом АВ-17 на конечной стадии очистки.

      Многие  катиониты в том числе цеолиты (за исключением клиноптилолита, эрионита и морденита) и глинистые минералы, могут работать только в солевых формах (натриевой, кальциевой и т.д.) . Они не могут быть переведены в водородную форму, так как при этом разрушается их структура, и, следовательно, не могут применяться в технологии обессоливания и опреснения сточных и природных вод. Кроме того, обессоливание воды невозможно без одновременного использования анионитов, которые среди неорганических минералов и соединений встречаются весьма редко.

      Эти обстоятельства в немалой степени  способствовали бурному развитию синтеза  органических катионитов и анионитов  на основе синтетических органических соединений, получивших широкое применение в технологии обессоливания воды, в гидрометаллургии драгоценных  и цветных металлов, в технологии очистки сточных вод и в  других отраслях.

      ОРГАНИЧЕСКИЕ  ИОНИТЫ

      Большинство органических ионитов получаются путем  полимераналогичных превращений сополимеров стирола и дивинилбензола (ДВБ) . Эти сополимеры являются надежной базой для создания целого спектра гелевых и макропористых ионитов с самыми разнообразными свойствами. Кроме того, исходные мономеры доступны и относительно дешевы. Все шире становится и ассортимент ионитов, получаемых методами сополимеризации и сополиконденсации органических мономеров ионогенного типа. Успешно развивается синтез важных в практическом отношении ионитов на базе винильных производных пиридина, прежде всего промышленно доступного 2,5-метилвинилпиридина, на основе алифатических соединений ионогенного характера, таких как метилакрилат, акрилонитрил, полиэтиленполиамины, эпихлоргидрин.

      Большинство органических ионитов имеют гелевую структуру. В них отсутствуют реальные поры. Доступность всего объема их зерен для обменивающихся ионов обеспечиваются благодаря их способности к набуханию в водных растворах.

      Макропористые иониты получаются путем введения в  реакционную массу в процессе сополимеризации и поликонденсации порообразователя (изооктан, декан, бензины БР-1, БЛХ, спирты нормального и изомерного строения) , после удаления, которого ионит сохраняет реальные поры и приобретает свойства адсорбентов типа активных углей: большую удельную поверхность и объем пор. Макропористые иониты имеют большую механическую прочность, но меньшую объемную емкость, чем гелевые и изопористые. Они обладают высокой осмотической стабильностью, улучшенной кинетикой обмена, проявляют ситовый эффект.

      Возможности синтеза органических ионитов поистине безграничны, а синтезируемые иониты можно наделять разнообразнейшими  ценнейшими свойствами, имеющими порой  уникальное практическое значение.  

      МЕТОДЫ  РЕГЕНЕРАЦИИ СОРБЕНТОВ

      Методы  регенерации условно можно разделить  на три вида:

1. Химический
2. Низкотемпературный термический
3. Термический

      Химическая  регенерация

      Под химической регенерацией понимают обработку  сорбента жидким или газообразным органическими  или неорганическими реагентами при температуре, как правило не выше 100 ⁰ С. Химически регенирируют как углеродные, так и неуглеродные сорбенты. В результате этой обработки сорбат либо десорбируется без изменений, либо десорбируются продукты его взаимодействия с регенерирующим агентом. Химическая регенерация часто протекает непосредственно в адсорбционном аппарате. Большинство методов химической регенерации узкоспециальны для сорбатов определенного типа. Рассмотрим некоторые примеры химической регенерации активных углей.

      Самый простой метод регенерации сорбента - нагревание его в некотором объеме воды. Это приводит к росту степени  диссоциации и растворимости  сорбата и, в итоге, к десорбции части сорбата. Так при регенерации активного угля нагревают воду и фильтруют ее через активный уголь. Эффект такой регенерации не выше - 20-40 %.

      Из  всех методов химической регенерации  угля наибольшее распространение, особенно в водоподготовке, получила обработка  активных углей растворами гидроокиси и карбоната натрия.

      Регенерация 2.5% NaOH позволяет в 8 раз использовать уголь КАД-иодный для дезодорации воды (после 4-кратной регенерации снижение сорбционной емкости составляет 40-50%. Наличие плохоомыляемых примесей снижает со временем емкость угля.

      Десорбция органического сорбата с активного угля растворами кислот используется сравнительно редко. (2.5 % раствор Н ₂ SO ₄ десорбирует некоторые пестициды) . Чаще кислоты служат окислителем сорбата на угле. Окислителем органического сорбата может быть и H ₂ O ₂ .

      В последнее время изучаются методы регенерации с использованием g -излучения, под воздействием которого происходит деструкция сорбата. В малых дозах это излучение инициирует окисление кислородом на активном угле органических соединений, присутствующих в воде CO ₂ и H ₂ O. Доза облучения 3Ч 10 ⁴ рад/ч обеспечивает окисление аэрацией кислородом в воде таких соединений как лигнин, лигнинсульфат, бескислородная деструкция их требует дозы 1.1Ч 10 ⁶ рад/час.

      Низкотемпературная  термическая регенерация

      Низкотемпературная  термическая регенерация - это обработка  сорбента паром или газом при 100-400 ⁰ С. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее ведут непосредственно в адсорберах.

      Водяной пар вследствие высокой высокой энтальпии чаще других используют для низкотемпературной термической регенерации. Он безопасен и доступен в производстве.

      Для пропарки адсорбера необходимы лишь парогенератор и холодильник-конденсатор. Отработанный конденсат направляется либо на сжигание, либо на выделение ценного сорбата.  

      Термическая регенерация.

      Химическая  регенерация и низкотемпературная термическая регенерация не обеспечивает полного восстановления адсорбционных  углей.

      Термическая регенерация процесс весьма сложный, многостадийный, затрагивающий не только сорбат, но и сам сорбент. Термическая регенерация приближена к технологии получения активных углей.

      При карбонизации сорбатов различного типа на угле большая часть примесей разлагается при 200-350 ⁰ С, а при 400 ⁰ С обычно разрушается около половины всего адсорбата. CO, CO ₂ , CH ₄ - основные продукты разложения органического сорбата выделяются при нагревании до 350-600 ⁰ С.

      В теории стоимость такой регенерации  составляет 50 % стоимости нового активного  угля.

      Это говорит о необходимости продолжения  поиска и разработки новых высокоэффективных  методов регенерации сорбентов.  
 
 
 
 
 
 

      СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ  

1. Когановский А. М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. Киев: Наук. думка. 1983.240 с.
2. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия. 1982.168 с.
3. Клячков В. А., Апельцин И. Э. Очистка природных вод. М.: Стройиздат. 1971.579 с.
4. Смирнов Д. Н., Генкин В. Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия. 1980.195 с.
5. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия. 1983.295 с.