Оцінка ефективності коагулянтів при очищенні води від сполук урану

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка ефективності коагулянтів при очищенні води від сполук урану

Гомеля М.Д.

В роботі приведено оцінку ефективності алюмінієвих коагулянтів на процес вилучення сполук урану з води. Досліджено залежність ступеня очищення модельного розчину шахтної води від урану в залежності від типу і дози коагулянту. Визначено умови ефективного очищення води від сульфатів і сполук урану методом вапнування.

Ключові слова: коагулянт, уран, шахтні води, очищення води, вапнування.

Атомні електростанції і підприємства ядерної промисловості споживають значну кількість прісної води. Зростає рівень мінералізації води. Особливо значним підвищенням мінералізації води характеризуються шахтні води ядерних об'єктів. Вони часто забруднені сполуками урану і іншими токсичними речовинами. При сьогоднішніх дуже жорстких нормативах на скидання концентрації сполук урану та інших важких металів в воді, яка скидається, необхідно знизити на стільки, що очищення води до допустимих рівнів може бути дуже дорогим. Тому доцільно переходити до замкнутих систем охолодження. Це можливо при ефективному пом'якшенні підживлювальної води, що дозволить скоротити до мінімуму скидання продувних вод в природні об'єкти. Ефективне очищення шахтних вод від сульфатів, глибоке їх пом'якшення дозволять використовувати ці води повторно у виробництві, на енергетичних об'єктах.

Постановка проблеми, мета роботи

Проблема очищення шахтних вод є однією з найбільш важливих проблем охорони навколишнього середовища на підприємстві. Шахтні води, які утворюються при видобутку урану, а також стічні води, які утворюються на гірничо-збагачувальних комбінатах, забруднені зваженими і колоїдними речовинами, розчиненими мінеральними сполуками, бактеріальними домішками, сполуками урану, що перевищують гранично допустимі концентрації. Тому, як правило, такі води не можуть бути використані в народному господарстві або скинуті у водойми без попереднього очищення [1, 23].

Відомі технології очищення води від урану супроводжуються суттєвим забрудненням води сульфатами. Існуючі методи, що базуються на підлужуванні стічних вод і осадженні урану у вигляді осаду з подальшим підкисленням очищеної води, призводять до суттєвого вторинного забруднення води мінеральними сполуками. Крім того, ці методи недостатньо ефективні. Малоперспективними є сорбційні технології, що основані на використанні природних, синтетичних і модифікованих сорбентів. Відомо, що сорбційна ємність сорбентів падає зі зниженням концентрації компонента в розчині. А при дуже низьких концентраціях ємність сорбентів вельми незначна, що призводить до утворення великих обсягів твердих відходів, які містять мізерні кількості урану. Витрати на переробку або поховання таких відходів досить великі.

Тому метою даної роботи була оцінка коагулянтів та визначення ефективних доз при очищенні води від сполук урану та сульфатів. В цілому це дасть можливість знизити рівень мінералізації природних і стічних вод, підвищити їх стабільність по відношенню до відкладень осадів, що дозволить широко впроваджувати замкнуті системи водокористування в ядерній галузі.

Виконання досліджень, аналіз отриманих результатів

При проведенні досліджень використовували модельні розчини шахтної води на основі водопровідної води з концентрацією урану 3,0 - 4,5 мг/дм3. коагулянт уран шахтна вода

Для очищення води від урану та сульфатів в якості коагулянтів використовували сульфат алюмінію (Al2(SO4)3), сульфат заліза (II) (FeSO4), Полвак-68, гідроксоалюмінат натрія (Nа[Аl(0Н)4]) та гідроксохлорид алюмінію Al(OH)2Cl.

Для зниження концентрації урану та сульфатів в модельні розчини об'ємом 200 см3 додавали розраховану дозу коагулянту та вапна (у випадку визначення очищення від сульфатів), воду інтенсивно перемішували 2 - 3 хвилини, після чого відстоювали 2 години. Після відстоювання визначали залишкову концентрацію ураніл- та сульфат-іонів фотоколориметричним методом [2, 56; 3, 42].

Ступінь очищення води від урану (ZU) та від сульфат-іонів розраховували за формулою:

Z = ((Сп - Сз)/Сп) ·100 %,

де Cп - початкова концентрація урану або сульфат-іонів, мг/дм3;

Сз - залишкова концентрація урану або сульфат-іонів, мг/дм3.

Як видно з таблиці 1, тільки коагулянти Nа[Аl(0Н)4] та FeSO4 забезпечували досить високий рівень ступеня очищення води від урану. Пояснити це можна основним характером коагулянту Nа[Аl(0Н)4]. При його гідролізі відбувається підлужування середовища, що сприяє гідролізу i осадженню урану. Крім того, при високих значеннях рН утворюються іони гідроксоалюміната, які взаємодіють з ураном з утворенням малорозчинних комплексів типу {[UO2][Al(OH)4]2}. Відносно високий ступінь очищення при використанні сульфату заліза можна пояснити відновленням сполук урану двохвалентним залізом з утворенням нерозчинних осадів.

Більш ефективним було комбінування коагулянтів (рис. 1).

Кращих результатів було досягнуто при очищенні води від урану при використанні кислого коагулянту Полвак-68 і основного коагулянту Na[Al(OН)4]. При оптимальних співвідношеннях була досягнута повна очистка. Таких жерезультатів було досягнуто при комплексному використанні коагулянтів Na[Al(OН)4] та сульфату заліза (II). Ймовірно, в даному випадку утворюються складні гідроксокомплекси типу {[UO2][Al(OH)4]n}(n-2)-, які при своїй низькій розчинності в воді легко коагулюють з позитивно зарядженими золями, що утворюються при гідролізі гідроксохлоридів алюмінію, які входять до складу коагулянту Полвак-68.

Як видно з рисунка 1, ефективність очищення залежить від співвідношення кислого та основного коагулянтів. При цьому збільшення витрат коагулянтів не завжди призводить до підвищення ефективності очищення. В даному випадку важливо досягти умов взаємної коагуляції. При цьому більш важливим є співвідношення коагулянтів, а не їх дози.

Таблиця 1 - Вплив типу і дози коагулянту на ефективність очищення модельного розчину шахтної води від урану

Шахтні води характеризуються високим рівнем мінералізації. При цьому основними аніонами, за якими спостерігається перевищення концентрацій, є сульфати. Результати, наведені вище показують, що гідроксоалюмінат натрію забезпечує ефективну очистку води від урану, особливо при високих значеннях рН. З іншого боку в роботах [4, 51; 5, 70] описані процеси очищення вод від сульфатів вапнуванням в присутності алюмінієвих коагулянтів. Тому було цікаво перевірити ефективність даних реагентів, при демінералізації шахтних вод видобутку урану, які поряд із сульфатами містять сполуки урану.

Нами були проведені дослідження по вилученню сульфатів з води в присутності урану (таблиця 2).

Рис. 1 - Вплив дози гідроксоалюміната натрію (Дк) на ступінь очищення води ([U] = 3 - 4 мг/дм3) від урану (Zu,%) при спільному використанні з коагулянтами Полвак-68, Al2(SO4)3, FeSO4:

1,2 - 10 та 20 мг/дм3 Полвак-68 відповідно;

3 - 10 мг/дм3 Al2(SO4)3,

4,5 - 10 і 20 мг/дм3 FeSO4 відповідно.

Таблиця 2 - Залежність ефективності очищення шахтної води (рН = 12,2, [U] = 4,2 мг/ дм3) від урану і сульфатів в залежності від доз вапна і коагулянту Na[Al (OH)4]

Як видно з таблиці 2, при обробці води реагентом Na[Al(OH)4] та вапном при великих дозах реагентів досягнуто зниження вмісту сульфатів від 13,3 мг-екв/дм3 (638 мг/дм3) до 0,4 мг-екв/дм3 (19,2 мг/дм3) при повному вилученні урану з води. Безумовно, даний метод є перспективним як для дезактивації, так і для демінералізації шахтних вод.

Для зниження рН обробленої води при її вапнуванні замість гідроксоалюміната натрію був використаний 2/3 гідроксохлорід алюмінію (ГОХА) (табл.3).

Таблиця 3 - Залежність ефективності очищення модельного розчину від сульфатів та сполук урану в залежності від дози вапна та ГОХА

Як видно з таблиці 3, в цьому випадку отримані цілком задовільні

результати по очищенню води від сульфатів. Дуже високою була ефективність очищення води від урану. Ймовірно, це обумовлено, як високим рівнем рН, так і

утворенням гідроксоалюміната при цих рН. Внаслідок низького вмісту хлоридів у коагулянті вміст їх у воді після очищення збільшився незначно, хоча в деяких випадках перевищував 400 мг/дм3. Для зниження залишкового вмісту хлоридів в очищеній воді використовували 2/ЗГОХА і гідроксоалюмінат натрію (табл. 4).

Таблиця 4 - Залежність ефективності очищення модельного розчину ([U] = 4,5 мг/дм3; [SO42-] = 865 мг/дм3; [Cl-] = 168 мг/дм3) від сульфатів і сполук урану в залежності від дози вапна, гідроксоалюміната натрія і ГОХА

В цьому випадку вдалося не тільки знизити залишковий вміст хлоридів в очищеній воді, але і підвищити ефективність очищення води від сульфатів при майже повному її очищенню від урану.

Висновки

1. Вивчено вплив алюмінієвих коагулянтів на ефективність вилучення урану з модельних розчинів.

2. Встановлено, що найбільш ефективними коагулянтами є гідроксоалюмінат натрію і сульфат заліза при дозах більше 5 мг/дм3, які забезпечують утворення нерозчинних сполук урану.

3. Встановлено, що використання алюмінієвих коагулянтів і вапна в кількостях достатніх для зв'язування сульфатів в сульфогідроксоалюмінат кальцію забезпечує зниження вмісту сульфатів до 200 - 400 мг/дм3 при зниженні вмісту урану до концентрацій менших ГДК в поверхневих водоймах.

Література

1. Коваленко Г.Д. Основы радиационной экологии / Г.Д. Коваленко, В.С. Волошин . - Мариуполь: Рената, 2009. - 297 с.

2. Кагановский Л.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды./ Л.А. Кагановский, М.А. Шевченко. - К.: Наукова думка, 1980. - Т. 1. - 680 с.

3. Рябчикова Д.И. Аналитическая химия урана / Д.И. Рябчикова, М.М. Сенявина. - Москва: Издательство АН СССР, 1962. - 432 с

4. Рисухін В.В. Переробка концентратів, що утворюються при нанофільтраційному очищенні вод з підвищеною мінералізацією / В.В. Рисухін // Восточно-европейский журнал передових технологий. - 2011. - № 5/3(53). - С. 51 - 55.

5. Рисухін В.В. Очищення від сульфатів вод з підвищеною мінералізацією та жорсткістю / В.В. Рисухін, Т.О. Шаблій, В.С.Камаєв, М.Д. Гомеля // Екологічна безпека. - 2011. - № 2. - С. 70 - 75.

Размещено на Allbest.ru