Строительство и архитектура/7. Водоснабжение и канализация
Студентка 4 курс,
Королева Е.А.
К.т.н., доцент, Чудновский С.М.
Вологодский
государственный технический университет, Россия
Перспективы
использования новой эффективной технологии удаления из воды ионов бария.
Барий в природной воде
обычно находится в небольших количествах, однако, и такие количества
отрицательно влияют на здоровье человека. Большие концентрации бария в воде
приводят к негативным последствиям,
заключающимся в повышении кровяного давления, проявлении мышечной слабости и
болями в брюшной области. Кроме того,
гидроксид бария оказывает сильное раздражающее действие на
воздушно-дыхательные пути, резкое прижигающее действие на кожу и роговицу
глаза. Хлорид бария повышает сосудистую
проницаемость, приводящую к кровоизлияниям и отекам, приводит к изменениям в
крови (анемия, лейкопения, лимфоцитоз). Фторид бария оказывает действие на
нервную систему и мускулатуру. Негативную роль играют и анионы,
взаимодействующие с катионами бария в соединениях. Все эти соединения
относят ко 2 классу опасности. [1]
Барий — элемент главной
подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических
элементов Д. И. Менделеева. Он имеет атомный номер 56, атомную массу 137. [2]
В природе барий
встречается только в виде соединений. Наиболее распространенными бариевыми
соединениями являются сульфат бария (барит) и карбонат бария (витерит).
Частично барий попадает в окружающую среду в результате деятельности человека,
однако, для воды основной путь загрязнения барием - естественный, из природных
источников. Наибольшую опасность в воде представляют высокорастворимые токсичные
соли бария, которые имеют тенденцию переходить в менее токсичные и
слаборастворимые сульфаты и карбонаты. Водорастворимые соли бария считаются
опасными для человека. К ним относятся сульфиды, гидрокарбонаты, нитраты,
хлориды. Сульфаты и фосфаты бария практически безопасны, так как они
нерастворимы в воде. [2]
По рекомендациям Всемирной Организацией Здравоохранения
предельно допустимая концентрация бария в питьевой воде должна быть не более
0,7 мг/л, а в соответствии с
российскими стандартами эта
концентрация не должна превышать 0,1 мг/л.
Подземные
воды с повышенным содержанием бария встречаются довольно часто. Так,
например, только на территории Вологодской области в настоящее время имеется
около 600 скважин, в которых содержание бария превышает нормативные требования.
Таким образом, не менее 60 тыс. человек
подвержены указанным выше заболеваниям. Существующие установки для
очистки вод от тяжелых металлов катионы бария не удаляют или удаляют частично,
что является существенным недостатком.
Поэтому необходимость разработки дешевой и надежной технологии удаления
ионов бария из воды является актуальной задачей, которая в настоящее время
решается нами в лабораториях Вологодского Государственного Технического
Университета.
Мы предлагаем рассмотреть возможности
использования адсорбционного способа удаления растворимых форм бария из воды с
помощью гидратированных форм железа, которые
образуются в околокатодном пространстве в постоянном электрическом поле.
Известно, что катионы бария обладают
подвижностью в постоянном электрическом поле. Их предельная подвижность в
водном растворе при 25 градусах Цельсия равна 63,63 Ом-1*см2*г-экв-1.
Следовательно, скорость движения ионов бария
в воде при градиенте потенциала, например, 2 В/см равна 5,3*10-5
м*с-1. Значение стандартного электродного потенциала Ва составляет
-2,9 эВ. Следовательно, катионы бария не могут восстанавливаться на катоде, а группируются в околокатодном пространстве. В
большинстве случаев наличию бария в подземных водах сопутствует наличие в них
железа. При контакте растворимых форм бария с гидратируемыми формами железа в
постоянном электрическом поле
происходит адсорбция бария.
Нами был проведен цикл
лабораторных исследований. Он заключался в следующем. В исходную воду
помещались инертные электроды, на которые подавалась постоянная разность
потенциалов. Через определенный промежуток времени визуально наблюдалось образование бурого осадка. В дальнейшем с
помощью метода объемного анализа мы устанавливали, что в маточном растворе
после фильтрования осадка катионы бария отсутствуют. По нашим
предположениям это происходит потому,
что катионы бария адсорбировались поверхностью
гидроксооксида железа, вместе с которым
выпадали в осадок. Качественный и количественный анализ твердого осадка
свидетельствовал, что в его составе присутствуют катионы бария.
Таким образом, предлагаемый нами
способ очистки воды обеспечивает одновременное удаление растворимых форм бария
совместно с катионами железа.
Литература:
1. Фигуровский Н.А. Открытие химических элементов и происхождение их
названий. М., 1970.
2. "Химическая энциклопедия", в 5-ти томах, тт.1-3, М,
Издательство "Советская энциклопедия", 1988-1992.