Модификацияланған сорбенттермен суды тазалау зерттеуі

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

"№ 59 орта мектеп"

ТАҚЫРЫБЫ: Модифицирленген сорбенттер көмегімен ағынды

суларды ауыр металл иондарынан тазалау

Пән: Химия

Мұғалім: Қабылбай Э.Н.

ТАРАЗ 2018

БЕЛГІЛЕУЛЕР ЖӘНЕ ҚЫСҚАРТУЛАР

МЦ - метацид

ШБК – шекті берілген концентрация

БСҚ – бірлескен серіктестік қоғамы

БӨ – біріншілік өңдеу

ЖЭС – жылу электр станциясы

СЛИ – су ластану индексі

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

I

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

Қазақстанның табиғи және ағын суларының ауыр металдар иондарымен ластануы

Сырдария өзенінің ауыр металдар иондарымен ластануы

Табиғи минералды сорбенттер

Бентонит

Табиғи адсорбенттердің қатысында табиғи және ағын суларды ауыр металдардың иондарынан тазарту

Модификацияланған адсорбенттердің сорбциялық қабілеті

II

ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ

Зерттеу нысандары

Зерттеу әдістері

Бентонит сазын термиялық активтендіру әдісі

Бентонит сазын қышқылмен өңдеу әдісі

Модифицирленген бентонитті метацидпен өңдеу әдісі

Атомдық – абсорбциялық әдіс арқылы ауыр металдарды анықтау

Сырдария суын ауыр метталл иондарынан бентонит сазымен тазалау

ҚОРЫТЫНДЫ

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

КІРІСПЕ

Экологияның өзекті мәселелердің біріне су ресурстарын тиімді пайдалану жатады. Осы бағытта өңдірістердің ағын суларын тазартудың маңызы зор. Ағын суларды ластайтын заттардың ішінде ең қауіптілеріне ауыр металдың (Pb2+, Cr2+, Mn2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+) иондары жатады. Қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануына кең көлемде кен өндіру, қайта өндіру, тау-кен кәсіпорындары және гальваникалық өндірістері әсер етеді. Ауыр металдар иондары ағын сулардағы шамадан тыс көлемімен және ШБК-ның мәнінен көптеген есе асатын жоғары мөлшерімен (50-200 мг/л) сипатталады [1].

Қазіргі кезде адсорбенттерді (активтендірілген көмір, силикагельдер, метал оксидтері, кремнезем және т.б.) терең деңгейде зерттеуімен химияның бірнеше саласы айналысады [2]. Соңғы кезде суды тазартуда жоғары сорбциялық, селективтік катион алмасу қасиеті бар сорбенттер пайдалану басты бағыттардың бірі болып табылады. Белгіленген бағытта зерттеуді дамытудың келесі қадамы – күрделі жүйелердегі ауыр металдар иондарының сорбциясының заңдылықтарын зерттеу. Осы мақсатта сорбент ретінде табиғи минералдарды қолдану тиімді.

Суды табиғи сорбенттермен (майдаланған алунит) алдын ала жоғары температурада (750-7600С) өңдеу әдісі белгілі. Дегенмен бұл әдістің өзіндік кемшілігін де атау керек, яғни оның антисептикалық тиімділігі тек ұзақ уақыт (10 күн шамасында) өткеннен кейін ғана байқалады [3].

Ауыр металдардың иондары үшін тиімді сорбент синтетикалық ионалмастырғыш майлар (иониттер) болып саналады. Олар жоғары алмасу сиымдылығымен ерекшеленеді. Дегенмен, Қазақстан Республикасы иониттерді өнеркәсіптік көлемде өңдірмейді, ал оларды шет елдерден импорттау экономикалық тиімсіз болып саналады. Катиониттерге балама ретінде алмасу сыйымдылығы айтарлықтай аз болғанымен, әлдеқайда арзандау болып келетін табиғи минералдарды пайдалануға болады. Шығыс Қазақстанда бентонит сазының кен орындары (Таган, Монрақ кенорындары) бар. Олар ауыр металдар иондарын сорбциялауға жарамды және олардың өндірісі үлкен материалды шығынды қажет етпейді [4].

Ғылыми жұмыстың өзектілігі: Қазіргі кезде Қазақстан Республикасындағы су бассейндерінің ластануы мен ауыз су сапасының талапқа сай келмеуі бүгінгі күннің өткір экологиялық мәселелерінің бірі болып отыр. Мұндай экологиялық мәселе әсіресе республикамыздың Оңтүстік және Шығыс аумақтарында айрықша мәнге ие болып отыр. Әсіресе Қызылорда облысындағы экологиялық мәселе ушығып тұр - Арал өңіріндегі мәселені, Сырдария өзенінің техногенді әсерден жоғары деңгейде ластануын атап көрсетуге болады. Қазақстан Республикасы дүние жүзінде түсті металдарды өндіретін ірі мемлекеттердің бірі болып табылады.

Ғылыми жұмыстың мақсаты: Бентонит саз балшығында ауыр металдар иондарының (Pb2+, Cr2+, Mn2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+) сорбциясының ерекшеліктерін зерттеу. Ағын суларды ауыр металдар иондарынан тазартуының коллоидты-химиялық әдістерін қолдану мақсатында ауыр металдар иондарының табиғи адсорбенттерде сорбциялау заңдылықтарын қарастыру. Ағын суларды тазартуда сорбциялық әдістің эффективтілігі жоғары және ол перспективті бағыт.

Жұмыстың өзектілігі мен мақсатын шешуде табиғи сорбенттердің арзандылығы мен жергілікті материал ретінде оңай табылуына мән берілді. Сондықтан бентонит сазы тәрізді табиғи сорбенттерді модифицирлеп суды ауыр металл иондарынан тазарту әдісінде қолданудың экологиялық мәселені шешуде маңызды міндет болып табылады [6].

Ғылыми жұмыстың міндеттері: Берілген жұмыста Монрақ кен орынының бентонит сазын модифицирлеу негізінде алынған сорбентпен Қызылорда облысы Сырдария суын ауыр металл иондарынан тазарту мүмкіндігі қарастырылды. Жұмыс мақсатына жету үшін келесі міндеттер қойылды:

Қызылорда облысындағы Сырдария өзенінің суының химиялық құрамын анықтау;

Монрақ кен орынының бентонитінің термиялық және термиялық-қышқылдық активтендірілген түрінің ауыр металл иондарын сіңіру қабілетін зерттеу;

Сырдария суын ауыр металл иондарынан тазартуда оңтайлы жағдайларды (ортаның рН, араластыру уақыты және сорбенттің массасы) анықтау;

Ортаның рН мәніне тәуелді термиялық-қышқылдық активтендірілген бентониттің беткі бөлігіне метацидтің адсорбциялануы;

Жұмыстың зерттеудің нысандары: Қызылорда облысындағы Сырдария өзенінің суы, Шығыс Қазақстан облысындағы Монрақ кенорының бентонит сазы (бентонит сазы белгілі әдістермен термиялық және термиялық-қышқылдық активтендірілген), бактерицидтік препарат – матацид (МЦ) таңдалып алынды.

I НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1.1 ҚАЗАҚСТАННЫҢ ТАБИҒИ ЖӘНЕ АҒЫН СУЛАРЫНЫҢ АУЫР МЕТАЛДАР ИОНДАРЫМЕН ЛАСТАНУЫ

«Қазақстан - 2030» стратегиясының басым міндеттерінің біріне су ресурстарын рациональды қолдану және қорғау жатады. Қазақстанның 66 пайыз территориясы ылғалдылығы төмен және су ресурстары шектеулі болып келетін құрғақ аймақта орналасқан. Суды пайдалану дәрежесі бойынша Қазақстан Еуразияда соңғы орындарының бірін алады.

Үдемелі экономиканың қалыптаса бастауы, өндірістің дамуы Қазақстанның өзендер мен көлдерінің табиғи келбетіне терең тыртық қалдырады. Қазақстанның барлық ірі өнеркәсіптік кәсіпорындары өзендер мен көлдердің жанында орналасқан, өз улы қалдықтарын еліміздің су көздеріне құяды. Еліміздің жер беті суларының ластану дәрежесі соңғы жылдары қарқынды өсуде.

Экологиялық апаттар Қазақстанның барлық аймақтарын қамтуда. Қазақстан өзендерімен көлдерінің ластану дәрежесі критикалық болып жатыр. Еліміздің су артериялары өзінің «ластанылған» тағдырымен үрей қағады. Қоршаған ортаны қорғау министрлігі (ҚОҚМ) экологтерінің шығарған соңғы водоместволық бюллетенінде Қазақстанның 69 өзендерінің тек 9 ғана таза, ал қалған 60 ластанғандығы көрсетілген.

Кез-келген су көзі оны қоршаған ортамен байланысты. Оған табиғи құбылыстар, өнеркәсіп, транспорт, адамдардың шаруашылық және тұрмыстық әрекеттері әсер етеді. Осы әрекеттерінің салдары - сулы ортаға жаңа, өзіне тән емес заттар - ластағыштар енуі, су сапасының төмендеуі.

Су сапасы 6 классқа бөлінген:

1-ші және 2-А кластары - «өте таза» және «таза» сулар, жергілікті ластануға ұшырамаған немесе әлсіз ұшыраған, судың сапасының төмендеуін туғызбайды және судың құрамына өзгеріс енгізбейді;

3-ші класс – орынды, орташа ластанған сулар, жергілікті ластануға ұшыраған, бірақ құрамында айтарлықтай өзгерістер жоқ, су сапасы қанағаттарлықтай;

4-ші класс - «ластанылған сулар» - ластанудың әсерінен табиғи қоғамдардың түрлік құрамы айтарлықтай өзгерген, су қоймалырында эвтрофирование процесі интенсивты жүреді, су сапасы нашар;

5-ші және 6-шы класс - «лас» және «өте лас сулар», оларда су организмдерінің табиғи деградация толық жүреді, ал су экологиялық қауіпті болып табылады.

Экологтердің соңғы есептемесінде баяндалған: бақыланған 184 гидрохимиялық жермасы/створах/ 94 сулы объекттерде орналасқан. Олар 69 өзен, 12 көл, 10 су қоймасы, 2 канал, 1 теңіз. Нәтижесінде «таза су» класына тек 9 өзен, 2 су қоймасы, 2 көл ғана жатады. Демек шамамен Қазақстаннның 80 су объектісі әр түрлі шамада түрлі-түрлі химиялық реагенттермен және заттармен ластанған. Инспекторлардың мәлімдемесінде 2 су көзі «өте лас» деп белгіленген. Олар Қарағанды облысында ағатын Шерубайнура өзені және Жамбыл облысындағы Биликол көлі.

Мысалы Балхаш көлі өнеркәсіптік кәсіпорындардың кесірінен мықты техногенді ластанып жатыр. Ластану деңгейі бойынша Балхаш көлі орташа лас және лас су кластарына жатады. Әсіресе техногедік әсерге көбірек ұшыраған Прибалхашья солтүстігі, Қарағанды облысы.

Бұл өңірде «БСҚ Корпорация Казахмыс» құрылымдық бөлімшелері істейді. Қоршаған ортаға максималды әсер ететін региондағы келесі кәсіпорындар – БСҚ «Казахмыс Смэлтинг», БӨ «Карагандацветмет» (бұрынғы «Балхашцветмет») және Балхаш ЖЭС. Қоршаған ортаны ластауға өз үлесін қосатын КГП «Балхаш Су», КГП «Ак кайын», Приозерск әкімшілігіндегі КГП «УЖКР», БСҚ «Балхаш балык» және жағалар бойында орналасқан көптеген демалыс зоналары жатады. Кәсіпорындардан басқа, ластануға өз үлесін жергілікті тұрғындар қосады: тұрмыстық қалдықтар лақтырып және рұқсат етілмеген қоқыс тастайтын жер ұйымдастырады.

1990 жылдардың басында Тау-металлургиялық комбинаттың қалдықтары шамамен 280-320 мың тонна болды және көлдің түбінде 76 тонна мыс, 68 тонна мырыш, 66 тонна қорғасын тұнып жатты. Сол уақыттан бері шығарылатын ластағыштар көлемі екі еседей өсті. Сондай-ақ ластану шаңды дауыл кезінде құйрық қоймадан зиянды заттардың шығып кетуінен болады. Негізгі ластағыштар: ауыр металдар(мыс және мырыш) иондары, мұнай өнімдері, фенолдар, фторидер болып саналады.

Балхаш көлінің ағын суларымен тікелей ластануы 1995 жылы жойылған, ол үшін өнеркәсіптік ағын суларды айналмалы сумен жабдықтау жүйесіне ауыстырған. Пайдаланылған өнеркәсіптік сулар өңдірістің құйрық қоймасына жіберіледі. Онда тазаланып, байыту фабрикасында қайтадан қолданылады.

Бұл Балхаш көлі суының сапалық құрамын жақсартты. Осының арқасында 2000 жылы көліміздің суында мыс ионы мөлшері орташа 2-3 есе (Бертыс бухтасында мыс иондарының мөлшері 0,048 мг/дм3-дан 0,012 мг/дм3-ке дейін) азайды, Торангылык шығанағында 0,010 мг/дм3 дейін, Кіші Сарышыган шығанағында 0,012 мг/дм3 дейін және көлдің ашық жағы, қалаға қарама- қарсы, 0,003 мг/дм3 дейін азайды.

Осы уақытта судың сапалық құрамының жақсаруы сондай-ақ өнеркәсіптік активтілігінің уақытша азаюымен түсіндіріледі.

Қазіргі уақытта ағын суларды тек ТОО «Балхаш ЖЭС» шығарады. Шығарылатын су дәрежесі – таза, сапалық құрамы белгіленген эмиссия нормативінен аспайды.

Сулардың ластану индексі (СЛИ) Балхаш көлінде 2008 жылдан бастап үнемі өсуде: 2008 ж. - 2,5; 2009 ж. – 2,82; 2010 ж. – 3,0; 2011 ж. – 3,18. Тек 2012 жылды қоспағанда ол кезде СЛИ – 2,7 құрады.

Су бетінің ластану дәрежесі, (СЛИ)

Кесте - 1

Станция

1997 жылы

2000 жылы

2001 жылы

Шығанақ Таранғалық

Шығанақ кіші Сары-Шаган

РМК «Казгидромет» деректері бойынша Балхаш көлінің Бертыс бухтасының су бетінің сапалық құрамы келесі көрсеткіштерден нашарлады: мыс, мырыш бойынша ШБК-ның өсуі, ішінара мұнай өнімдерінің мөлшерінің өсуі. Орташа судың ластану индексы 4,68 – ге шейін өсті (мамыр 2012 ж.) – 5 класс (лас), 2011 жылдың мамырымен салыстырғанда СЛИ - 3,6; 4 класс (ластанған).

Ғалымдардың деректері бойынша, аймақтағы радионуклидтер мен ауыр металдармен ластанған жерлерге су қоймалары және уран, көмір өндіретін аймақтардағы өзен арналары жатады.

Қазақстанда бұл Шардара су қоймасы және Шиелі ауданы, онда уран өндірісі жүреді. Осы аудандарда ғалымдар радиоактивті заттар және ауыр металдар концентрациясының орташа әлемдік нормалармен салыстырғанда 5-6 есе асып түсуін байқаған. Еш жерде улы заттар концентрациясы орташа әлемдік нормадан аз болмаған. Шиелі ауданында кадмий концентрациясы 1,6 гр/тонна, ал норма бойынша 0,3 гр/тонна. Сонымен қатар басқа да заттардың үлкен концентрациясы байқалады, мысалы, цезий-137, радий-226, қорғасын-210.

Еліміздің су көздері өзімізде емес, шекаралас мемлекеттерде пайда болады. Осы мәселе су ластану және суды бөліп тастау себебінен мемлекетаралық келіспеушіліктер пайда болады (Сырдария, Ілі, Ертіс, Ішім, Орал, Тобыл өзендері).

1.2 Сырдария өзендерінің ауыр металдар иондарымен ластануы