Загрязнение природных вод мышьякосодержащими соединениями: причины и перспективные способы решения проблемы

Обґрунтовано необхідність видалення сполук арсену в процесі підготовки питної води. Розглянуто можливі способи потрапляння сполук арсену у природні води та наведено приклади арсеновмісних речовин, характерних для тих чи інших геохімічних та гідробіологічних умов. Розглянуто можливі способи видалення сполук арсену з природних вод, серед яких – осаджувальні методи (коагуляція/фільтрація, вапняне пом’якшеня та ін.), адсорбція, іонний обмін, мембранні процеси (мікрофільтрація, ультрафільтрація, нанофільтрація, зворотній осмос) тощо. Показано необхідність перетворення наявних у воді сполук As(ІІІ) в As(V) та наведено огляд можливих окисників. Оскільки стандартними методами As видаляється не ефективно, то розробка нових способів очищення природних вод від сполук арсену є вкрай актуальною. Використання сполук Fe(III) в майбутньому може стати важливою частиною комбінованих методів видалення арсеновмісних речовин з природних вод завдяки окисним та сорбційним властивостям цих сполук. Перспективними в контексті видалення сполук арсену з природних вод виглядають такі поєднання традиційних методів як сорбція/мембранна фільтрація, дозування окисників/мембранна фільтрація, але інформація про проведення систематичних досліджень за даною тематикою в Україні на сьогодняшній день відсутня.The article substantiates the need for the removal of arsenic in drinking water treatment. Possible ways of arsenic compounds getting into natural waters and examples of characteristic arsenic substances for different geochemical and hydro-biological conditions are presented. Possible methods for removing arsenic from natural waters, including settling techniques (coagulation / filtration, lime softening and etc.), adsorption, ion exchange, membrane processes (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis) and others. The article shows the need to transform existing in water As(III) to As(V) and provides an overview of the possible oxidizers. Because conventional methods of arsenic removing is not effective, the development of new methods of water purification from arsenic compounds is very important. The use of compounds Fe (III) in the future may become an important part of the combined methods of arsenic compounds removing from natural waters because these compounds have oxidation and sorption properties. Perspective in the context of arsenic removing from natural waters are combinations of traditional techniques such as the adsorption / membrane filtration, the dosage of oxidants / membrane filtration, but information about present systematic research of this subject in Ukraine today is missing.Обоснована необходимость удаления соединений мышьяка в процессе подготовки питьевой воды. Рассмотрены возможные способы попадания соединений мышьяка в природные воды и приведены примеры мышьякосодержащих веществ, характерных для тех или иных геохимических и гидробиологических условий. Рассмотрены возможные способы удаления соединений мышьяка из природных вод, среди которых: осадительные методы (коагуляция/фильтрация, известковое умягчение и др.), адсорбция, ионный обмен, мембранные процессы (микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос) и другие. Показана необходимость перевода имеющихся в воде соединений As(III) в As(V) и приведен обзор возможных окислителей. Поскольку стандартными методами As удаляется плохо, то разработка новых способов очистки природных вод от соединений мышьяка является крайне актуальной. Использование соединений Fe(III) в будущем может стать важной частью комбинированных методов удаления мышьякосодержащих веществ из природных вод благодаря окислительным и сорбционным свойствам этих соединений. Перспективными в контексте удаления соединений мышьяка из природных вод выглядят такие сочетания традиционных методов как сорбция/мембранная фильтрация, дозировка окислителей/мембранная фильтрация, но информация о проведении систематических исследований по данной тематике в Украине на сегодняшний день отсутствует

Nonhydrothermal Synthesis and Properties of Saponite-Like Materials

Abstract-Main features of nonhydrothermal synthesis of saponite-like materials containing Zn(II) and Mg(II) cations in octahedral networks were studied. Optimal conditions for the synthesis were determined. The influence exerted by the double-charged structure-forming cation on the rate of structure formation in the synthesized materials and also on their pore structure and thermal stability was studied

Утилизация «красного шлама» в составе нового эффективного сорбента в водоочистке

Перевірено ефективність реагентів, що були синтезовані з використанням "червоного шламу" від сполук органічного походження. Встановлено достатньо високу сорбційну ефективність барвника "Активний яскраво-блакитний КХ". При вихідних концентраціях барвника 10, 30, 50 мг/дм3 досягається вилучення барвника на 84...100% за наступних умов: рН середовища 4...4,3, доза сорбента 12 г/дм3, тривалість сорбції 150 хв.Storage of red mud, because of its large quantity and specific compounds, causes a lot of problems. Thereby, development of complex technology utilization of wastes (red mud) is the most economically and environmentally attractive way to solve the problem of red mud accumulation and obtaining of highly efficient purification reagents from secondary raw materials. The purpose of this work is synthesis and verification of efficacy of adsorption reagents that were obtained by using "red mud" in technologies of wastewater treatment from compounds of organic origin. The proposed sorption reagent derived from activated "red mud" and activated carbon brand F300 revealed sufficient sorption efficiency at wastewater treatment from the dye "Active brilliant blue KX". At the the initial concentration of dye 10, 30, 50 mg/l dye extraction to 84–100% in following conditions was achieved: рН medium 4 – 4,3, dose of sorbent 12 g/l, asdorption duration 150 min. Conducted research revealed that synthesized sorbent based on activated "red mud" and activated carbon (where activated carbon functionates as carrier) has potential for use in water treatment to remove organic dyes.Проверено эффективность реагентов, которые были синтезированы с использованием "красного шлама" от соединений органического происхождения. Выявлено достаточно высокую сорбционную эффективность красителя "Активный ярко-голубой КХ". При исходных концентрациях красителя 10, 30, 50 мг/дм3 достигается извлечение красителя на 84...100% при следующих условиях: рН среды 4...4,3, доза сорбента 12 г/дм3, продолжительность сорбции 150 мин

ЗРАЗКОВА ПРИРОДНА ВОДА І ПРОБЛЕМИ ЇЇ ЗБЕРЕЖЕННЯ У ВОДОЙМАХ РІВНЕНЩИНИ

The waters of the surface reservoirs of the Rivne Nature Reserve, and in particular the lake Bile, have an abnormally low salt content and hardness. This fact confirms the results of our multi-year andsystematic studies of water samples. We have investigated these and others indicators of water condition for 8 years from 2011 to today’s time. In this article are used the materials of water analysis until 2018 inclusive. The text deals with the analysis of relative systematized data. We used trilonometric titration for water hardness level definition, IMF methods for pH and total salt content determination and x-ray for soil analysis. This made it possible to draw conclusions about the possibility of using Lake Bile water as benchmarks for testing equipment and computer simulation of water treatment processes. Two main steps to realize it is to thoroughly examine such sources of natural water and to develop a reliable system for monitoring and protecting these natural sources from man-made and anthropogenic influences in order to maintain their composition in a stable state in the medium and long-term, that is, from 10 years or more. Also, we considered are factors that may have a negative impact on the salt content of the water. In particular, the consequences of amber mining are considered. We identified the hidden problem in this process. The waters of a deep ground ambercarrying layers have significantly higher rates of hardness and salt content. According to difractometric analysis the soil samples taken from amber mining wells contain CaCO3 (calcium carbonate). It can easily dissolve in water and rise a hardness salt content. That's why we can make a conclusion, that when surface water, which contacts with these minerals is arrived back to the water reservoirs it can break the salt balance. As a result in some time it may change biodiversity and lead to the extinction of unique plant species. In this text we show only the chemical part of this problem. It also requires consideration by the biologists and ecologists. Our investigations are still in process, and we are working on simple and cheap technological decision of this problem.Воды поверхностных водоемов Ровенского природного заповедника, в частности, озера Белое, имеют аномально низкое солесодержание и жесткость. Этот факт подтверждают результаты проведенных нами многолетних и системных исследований проб воды. В статье приведены анализ соответствующих систематизированных данных. Это позволило сделать выводы о возможности применения вод озера Белое, как эталонных для испытания оборудования и компьютерного моделирования водоочистных процессов.Рассмотрены факторы, которые могут оказать негативное влияниена солевой баланс вод (в частности, последствия добычи янтаря).Води поверхневих водойм Рівненського природного заповідника,зокрема, озера Біле, мають аномально низький солевміст та твердість. Цей факт підтверджують результати проведених нами багаторічних і системних досліджень проб води. В статті приведено аналіз відповідних систематизованих даних. Це дозволило зробити висновки про можливість застосування вод озера Біле як еталонних для випробування обладнання та комп’ютерного моделювання водоочисних процесів. Розглянуто чинники, що можуть мати негативний вплив на сольовий стан вод (зокрема наслідки видобутку бурштину)

Переработка фосфогипса в комплексное удобрение

Проблематика. При виробництві фосфоровмісних добрив та екстракційної фосфатної кислоти відбувається накопичення екологічно небезпечного відходу – фосфогіпсу. На сьогодні на території України у відвалах міститься близько 30 млн т фосфогіпсу. Мета дослідження. Метою роботи є одержання з фосфогіпсу за безвідходною технологією комплексного NPCaS-добрива. Методика реалізації. Переробка фосфогіпсу у відносно “м’яких” технологічних умовах, без залучення високотемпературних (1173–1753 К) процесів. Проведено дослідження двостадійної утилізаційної переробки типового фосфогіпсу в комплексне добриво складу 7,9 % N, 37 % P₂O₅, 35 % Ca, 1,8 % S з вмістом фосфору у вигляді Сa(H₂PO₄)₂, СaHPO₄ (при співвідношенні P₂O₅(водорозч.)/P₂O₅(засв.) = 94%), азоту – у вигляді (NH₄)₂SO₄. Перша стадія процесу реалізується розкладанням фосфогіпсу за температури (323 ± 5) К розчинами (NH₄)₂СO₃ за pH > 5,1 з одержанням осаду (суспензії) СаСO₃ у розчині (NH₄)₂SO₄. На другій стадії утворена густа суспензія обробляється (без фільтраційного відділення СаСO₃) розчинами некондиційної фосфатної кислоти без зовнішнього нагріву за витримки pH середовища у межах 6,8–6,9. Кінцева суспензія висушується в апараті типу “киплячий шар” за температури (390–423) К. Результати дослідження. Отримано кінцеве тверде добриво, споживча якість якого перевірена на зразках ґрунтів сільськогосподарського призначення. Висновки. На основі фосфогіпсу отримано комплексне мінеральне добриво за малостадійною безвідходною технологією в екологічно доцільних умовах.Background. In the production of phosphate fertilizers and phosphoric acid accumulation environmentally unsafe on the course – hosphogypsum. To date, in the territory of Ukraine is in the dumps about 30 million tons of phosphogypsum. Objective. To get from phosphogypsum with using waste technologies complex NPCaS-fertilizer. Methods. Processing phosphogypsum in a relatively “soft” operating conditions, without the involvement of high-temperature (1173–1753 K) processes. Conducted a research of two-stage utilization processing of typical phosphogypsum into complex fertilizer with composition 7,9 % N, 37 % P₂O₅, 35 % Ca, 1,8 % S, containing phosphorus in the form of Сa(H₂PO₄)₂, СaHPO₄ (at a ratio P₂O₅(w-soluble)/P₂O₅(overall) = 94%), and the nitrogen – in the form (NH₄)₂SO₄. The first stage of the process is implemented decomposition of phosphogypsum at temperature (323 ± 5) K by solutions of (NH₄)₂СO₃ at pH > 5,1 with formed a precipitate (suspension) СаСO₃ in solution (NH₄)₂SO₄. In the second stage formed a thick slurry is processed (without filtration separation СаСO₃) by solutions of sub-standard phosphoric acid without external heating at the support of the pH of the medium to 6,8–6,9. The final solid fertilizer is drying of slurry in apparatus of type “fluid process” at temperature (390–423) K. Results. The final solid fertilizer, consumer quality is tested on samples of soil for agricultural purposes. Conclusions. On the base of phosphogypsum is received a complete fertilizer for little-stage non-waste technology in environmentally sound conditions.Проблематика. При производстве фосфорсодержащих удобрений и экстракционной фосфорной кислоты происходит накопление экологически небезопасного отхода – фосфогипса. На сегодняшний день на территории Украины в отвалах находится около 30 млн т фосфогипса. Цель исследования. Целью работы является получение из фосфогипса по безотходной технологии комплексного NPCaS-удобрения. Методика реализации. Переработка фосфогипса при относительно “мягких” технологических условиях, без привлечения высокотемпературных (1173–1753 К) процессов. Проведено исследование двухстадийной утилизационной переработки типового фосфогипса в комплексное удобрение состава 7,9 % N, 37 % P₂O₅, 35 % Ca, 1,8 % S с содержанием фосфора в виде Сa(H₂PO₄)₂, СaHPO₄ (при соотношении P₂O₅ (водораств.)/P₂O₅ (усв.) = 94 %), азота – в виде (NH₄)₂SO₄. Первая стадия процесса проводится разложением фосфогипса при температуре (323 ± 5) К растворами (NH₄)₂СO₃ при pH > 5,1 с получением осадка (суспензии) СаСO₃ в растворе (NH₄)₂SO₄. На второй стадии полученная густая суспензия обрабатывается (без фильтрационного отделения СаСO₃) растворами некондиционной фосфатной кислоты без наружного подогрева при поддержании pH среды 6,8–6,9. Конечная суспензия высушивается в аппарате типа “кипящий слой” при температуре (390–423) К. Результаты исследования. Получено конечное твердое удобрение, потребительское качество которого проверено на образцах почв сельскохозяйственного назначения. Выводы. На основе фосфогипса получено комплексное минеральное удобрение за малостадийной безотходной технологией в экологически целесообразных условиях

Удаление анионного красителя (бромфенолового синего) из водного раствора методом флотоэкстракции

Проблематика. Накопичення токсичних компонентів стічних вод є суттєвою небезпекою для водного потенціалу держави. Це особливо стосується забруднювачів стічних вод, що належать до II–IV класів небезпеки, таких як барвники та розчинники. Мета дослідження. Вивчити основні закономірності вилучення з води бромфенолового синього технологією флотоекстракції та визначити оптимальні умови процесу. Методика реалізації. Бромфеноловий синій, аніонний барвник, видалявся з водних розчинів флотоекстракцією комплексу бромфеноловий синій–гексадецилпіридиній (сублат) в ізопентанол. рН розчинів визначався за допомогою потенціометричного методу. Концентрації барвника зразків розчинів вимірювались методом абсорбційної спектрофотометрії. Результати дослідження. Було експериментально досліджено характер впливу на флотоекстракцію таких параметрів: рН середовища, молярне співвідношення ПАР:барвник, тривалість процесу, природа органічного розчинника, розмір пухирців, згенерованих у розприскувачі, додавання електролітів (як KCl) та негідрофобних органічних сполук (як етанол). З допомогою MS Excel 2003 через побудову центрального композиційного ортогонального плану та виведення математичної моделі другого порядку було виявлено, що максимальна ефективність описаного процесу може бути досягнута за таких оптимальних умов: Т = 10 °С, мольне співвідношення ПАР:барвник = 1,95:1, тривалість процесу – 15,3 хв. Висновки. У ході дослідження було вивчено основні закономірності вилучення з води бромфенолового синього. Експериментально-статистична модель другого порядку була виведена з використанням центрального композиційного ортогонального плану. Максимальне відносне відхилення дорівнювало 4,7 %. Було визначено оптимальні умови. Відповідно до отриманих результатів, найвищий ступінь вилучення u1073 бромфенолового синього, досягнутий у ході експерименту, дорівнював 97,5 % і залишковий вміст барвника не перевищував гранично допустимої концентрації кислотних барвників 0,25 мг/дм³.Background. The accumulation of toxic effluent components is a considerable hazard to water resources potential of the country. It particularly relates to waste water pollutants belonging to II–IV hazard classes such as organic dyes and diluents. Objective. The goal of this research was to investigate the main principles of Bromphenol Blue remediation from water by solvent sublation technique and to determine optimum process conditions. Methods. Bromophenol blue (BB), an anionic dye, was removed from aqueous solution by solvent sublation of a BB – hexadecylpyridium complex (sublate) into isopentanol. The pH of the solution was determined by potentiometric method. Dye concentrations of the sample solutions were measured with the use of absorption spectroscopy. Results. The effects of the following parameters on the solvent sublation were experimentally studied: the molar ratio of hexadecylpyridium chloride (HPC) to BB, pH of the aqueous phase, the removal process duration, type of organic solvent, the size of bubbles generated in the sparger and the addition of electrolytes (like KCl) and nonhydrophobic organic compounds (like ethanol). By making central composite orthogonal design and deriving second order mathematical model with the aid of MS Excel 2003 it was found that the maximum efficiency of depicted process can be attained in a case of carrying it out under the following optimum conditions: temperature 10 °C, surfactant/dye molar ratio 1.94:1; process duration – 15.3 min. Conclusions. Within this research the main principles of Bromophenol Blue removal from water by solvent sublation were investigated. The second order experiment statistical model was derived with the use of central composite orthogonal design. The maximum relative standard deviation was equal to 4,7 %. Optimum conditions were determined: According to obtained results the highest level of BB elimination reached within the experiment was equal to 97.5 % and the residual dye content didn’t exceed the maximum allowable concentration (the M.A.C.) of acidic dyes 0.25 mg/dm³.Проблематика. Накопление токсичных компонентов сточных вод представляет существенную опасность для водного потенциала государства. Это особенно касается загрязнителей сточных вод, относящихся к II–IV классам опасности, таких как красители и растворители. Цель исследования. Изучить основные закономерности извлечения из воды бромфенолового синего технологией флотоэкстракции и определить оптимальные условия процесса. Методика реализации. Бромфеноловый синий, анионный краситель, удалялся из водных растворов флотоекстракцией комплекса бромфеноловый синий – гексадецилпиридиний (сублат) в изопентанол. рН растворов определялся с помощью потенциометрического метода. Концентрации красителя образцов растворов измерялись методом абсорбционной спектрофотометрии. Результаты исследования. Был экспериментально исследован характер воздействий на флотоэкстракцию следующих параметров: рН среды, молярное соотношение ПАВ:краситель, продолжительность процесса, природа органического растворителя, размер пузырьков, сгенерированных разбрызгивателем, добавки электролитов (как KCl) и негидрофобных органических соединений (как этанол). С помощью MS Excel 2003 путем построения центрального композиционного ортогонального плана и вывода математической модели второго порядка было установлено, что максимальная эффективность описанного процесса может быть достигнута при следующих оптимальных условиях: Т = 10 °С, мольное соотношение ПАВ:краситель = 1,95:1, продолжительность процесса – 15,3 мин. Выводы. В ходе исследования были изучены основные закономерности извлечения из воды бромфенолового синего. Экспериментально-статистическая модель второго порядка была выведена с использованием центрального композиционного ортогонального плана. Максимальное относительное отклонение равно 4,7 %. Были определены оптимальные условия. Согласно полученным результатам, высшая степень извлечения бромфенолового синего, достигнутая в ходе эксперимента, равна 97,5 % и остаточное содержание красителя не превышало предельно допустимой концентрации кислотных красителей 0,25 мг/дм³

Магнитоуправляемый глиносодержащий глинистый сорбент для удаления красителей из водных растворов

Проблематика. Сорбенти на основі сапонітової глини є дешевими і водночас ефективними відносно органічних забруднювачів, барвників, іонів важких металів. Проте сапонітова глина як сорбент широко не використовується через складність її видалення з води після процесу сорбції. Для подолання цієї трудності частинки глини можуть бути модифіковані магнетитом, що дасть змогу легко видалити їх із води магнітною сепарацією. Мета дослідження. Метою дослідження є створення магнітокерованих сорбентів на основі сапоніту і магнетиту за різними схемами, їх характеризація та вибір конструкції магнітного модуля. Методика реалізації. Було використано сучасні фізико-хімічні та експериментальні методи дослідження: рентгенівську флуоресценцію, рентгеноструктурний аналіз, фізичну адсорбцію/десорбцію азоту, експериментальні дослідження з адсорбції та магнітної сепарації. Результати досліджень. Встановлено, що модифікація сапоніту магнетитом (2 % від маси) методом просочування дає змогу отримати мезопористі сорбенти з високими сорбційними та магнітними властивостями. Виявлена адсорбційна ємність магнітокерованих сорбентів для всіх типів барвників (аніонних, катіонних і неіоногенних) становила в 1,5–2,5 разу більше, ніж для нативного сапоніту. Висновки. Показано, що модифікація сапоніту магнетитом не тільки збільшує його магнітні властивості, але й покращує сорбційно-структурні характеристики. Магнітокерований сорбент, отриманий способом просочування, є більш ефективним при видаленні барвників із низькоконцентрованих розчинів барвників. Найбільш ефективно магнітокерований сорбент видаляється в пірамідальному магнітному модулі.Background. Saponite is low-cost sorbent and is effective for removal of organic pollutants, dyes, heavy metal ions from water. However, saponite sorbents are not widely used. The saponite particles waste is removed from the solution after sorption process with considerable difficulties due to their high dispersion. To overcome this difficulty clay particles can be magnetized by magnetite, then by simple procedure (magnetic separation) removed from the water. Objective. The purpose of this article is synthesis magnetically controlled sorbents based on saponite and magnetite (Fe₃O₄) by different schemes; the characterization of obtained sorbents and determination of their adsorption properties towards dyes; choice of magnetic module design. Methods. In the paper modern physic-chemical and experimental research methods were used: X-ray fluorescence, X-ray analysis, physical adsorption/desorption of Nitrogen, sorption and magnetic separation process. Results. It was found that magnetic modification (in an amount of 2 % magnetite by weight) of saponite by impregnation method allows obtaining mesoporous sorbents with good sorption and magnetic properties. The detected adsorption capacity of magnetically sorbents for all types of dyes (anionic, cationic and nonionic) was 1.5—2.5 times bigger than that for native saponite. Conclusions. It is shown that modification of saponite by magnetite not only improves its magnetic properties, but also increases its absorption characteristics (specific surface area, sorption capacity). The impregnation method allows obtaining magnetic clay sorbent with better sorption and magnetic characteristics. The pyramid magnetic module was the most effective magnetic module design for deposition of spent magnetic sorbent.Проблематика. Сорбенты на основе сапонитовой глины являются дешевыми и одновременно эффективными по отношению к органическим загрязнителям, красителям, ионам тяжелых металлов. Тем не менее сапонитовая глина как сорбент широко не используется из-за сложности ее удаления из воды после процесса сорбции. Для преодоления этой трудности частицы глины могут быть модифицированы магнетитом, что позволит достаточно легко удалить их из воды магнитной сепарацией. Цель исследования. Целью исследования является создание магнитоуправляемых сорбентов на основе сапонита и магнетита по различным схемам, их характеризация и выбор конструкции магнитного модуля. Методика реализации. Были использованы современные физико-химические и экспериментальные методы исследования: рентгеновская флуоресценция, рентгеноструктурный анализ, физическая адсорбция/десорбция азота, экспериментальные исследования по адсорбции и магнитной сепарации. Результаты исследований. Установлено, что модификация сапонита магнетитом (2 % от массы) методом пропитки позволяет получить мезопористые сорбенты с высокими сорбционными и магнитными свойствами. Обнаруженная адсорбционная емкость магнитоуправляемых сорбентов для всех типов красителей (анионных, катионных и неионогенных) была в 1,5–2,5 раза больше, чем для природного сапонита. Выводы. Показано, что модификация сапонита магнетитом не только увеличивает его магнитные свойства, но и улучшает сорбционно-структурные характеристики. Магнитоуправляемый сорбент, полученный методом пропитки, является более эффективным при удалении красителей из низкоконцентрированных растворов красителей. Наиболее эффективно магнитоуправляемый сорбент удаляется в пирамидальном магнитном модуле