Қаражыра кен орны қоңыр көмірінен алынған гумин қышқылының сорбциялық қасиеттерін зерттеу

Тұрмыстық ағынды сулар (дәретханадан, душтан, ас үйден, кір жуатын бөлмеден, асханалардан, ауруханалардан, жеке және қоғамдық ғимараттардан келетін) адамдардың тәжірибелік және тіршілік әрекеті барысында пайда болады.

Ағынды сулар құрамында минералды және органикалық қосылыстар кездеседі. Тұрмыстық ағынды суларда минералды ластағыштар ерімеген күйде - 5 %, суспензия - 5 %, коллоид - 2 % және еритін түрде - 30 % кездеседі десек болады. Ал органикалық ластағыштарда келесідей қатынаста кездеседі: ерімейтін - 15 %, суспензия - 15 %, коллоид - 8% және еритін – 20 % . [67]

Минералды қосылыстар аммоний тұздары, фосфаттар, хлоридтер, гидрокарбонаттар және басқа да қосылыстар күйінде болады. Тұрмыстық ағынды сулар әдетте әлсіз сілтілік ортаны құрайды (рН=7,2 - 7,8). Тұрмыстық ағынды сулардағы органикалық заттарды азотты және азотсыз қосылыстарға бөлуге болады. Азотсыз органикалық заттардың басым бөлігі көмірсулар мен майлар түрінде болады. Ал азотты органикалық заттар ақуыздар мен олардың гидролизі нәтижесінде түзілген заттар ретінде болады. Тұрмыстық ағынды сулардың ерекше ластағыш қосылыстарына микроорганизмдерді жатқызады. Кейде микроорганизмдердің ауру тудыратын (вирустар және бактериялар) түрлері де кездеседі.

Өндірістік ағынды сулар дегеніміз – сапаға қойылатын талаптарға сай емес өндірістің технологиялық процесінде және қазба байлықтарды өндіру кезінде қолданылған ластанған сулар. Өндірістік ағынды сулардың құрамы өндірістік процесстің табиғатына байланысты көптүрлілігімен ерекшеленеді. Қосылыстардың құрамы мен су нысандарына әсер ету ерекшеліктеріне байланысты ағынды суларды төмендегідей топтарға бөлуге болады:

Ерекше улағыштық қасиетті бейорганикалық қоспалары бар сулар. Мұнда металлургияның, гальваникалық цехтардың, машина жасау, кен және көмiр өндірістерінің, қышқылдар, құрылыстық бұйымдар мен материалдар, минералдық тыңайтқыштар кәсiпорындары мен зауыттарының ағынды суларын жатқызамыз. Олар сутағандардың рН-ының өзгеруіне алып келеді. Ауыр металл тұздары су организмдеріне улағыштық әсерін тигізедi.

Бейорганикалық қоспалары улағыштық қасиетке ие емес сулар. Бұл топқа кенбайыту фабрикаларының, цемент зауыттарының және тағы басқаларының ағынды суларын жатқызамыз. Бұл типтегі ластағыш қоспалар қатты күйінде болады. Бұл сулар сутағандар үшiн ерекше қауiп-қатердi туғызбайды.

Улы емес органикалық қосылыстары бар сулар. Мұнда көп жағдайда тамақ өнеркәсiбiнiң (ет, балық, сүт, азық-түлiк, целлюлоза-қағаз, микробиологиялық, химия өнеркәсiбi, каучук, пластмасса өндірістері) ағынды сулары кіреді. Бұл сулардың сутағандарға түсуінен ондағы тотығу процесстері жоғарылап, еріген оттектің концентрациясы азаяды.

Ерекше улағыштық қасиеттерге ие органикалық қоспалары бар сулар. Бұл топқа мұнайды өндіру-өңдеу, тоқыма, жеңіл, фармацевтикалық өндірістерінің, қант, консервілер, органикалық синтез және тағы басқа өнімдер зауыттарының ағынды сулары кіреді.

Жоғарыда көрсетілген ластанған өндірістік ағынды сулардың топтарынан басқа сутағандарға ыстық судың төгілуі де жылулық ластануға әкеліп соғады. Өндірістік ағынды суларды ластаушы заттардың концентрациясына, әсер етуіне және тағы басқа да қасиеттеріне байланысты бөлуге болады. [12]

Өндірістік ағынды сулардың құрамы әртүрлі концентрацияда өзгеріп тұратындықтан, олардың нақты жағдайдағы қасиеттеріне байланысты тазарту әдістерінің тиімдісін мұқият таңдаған жөн. Ағынды суларды және қалдық тұнбаларды лабораториялық, сонымен қатар жартылай өндірістік жағдайда тазартып, өңдеу арқылы ұзақ уақыт бойы зерттеулер жүргізе отырып, қажетті технологиялық регламенттер мен сандық мәліметтерді алады. Өндірістік ағынды сулар осы өндіріс орнының барлық салаларына қажетті сумен қамтамасыз етілуіне байланысты есептеледі.

Суды пайдалану нормасы – ғылыми есептеулер арқылы өндіріске мақсатты түрде қажет етілетін су мөлшері.

Атмосфералық судың (жаңбыр және еріген сулар, субұрқақ, көшені суландырудан қалған сулар) ластану дәрежесі көптеген факторлардың, соның ішінде елді мекеннің жалпы санитарлық жағдайына тәуелді болады . Көшені құрғақ тазарту технологиясы ондағы ластануды толық жоймайды.

Көшелердің машина жүретін бөліктеріндегі қоқыстардың құрамында органикалық, биогенді, ауыр металл тұздарының, мұнай өнімдерінің қосылыстары көптеп кездеседі.

Атмосфералық ағынды сулардың құрамындағы ластаушы заттар жауын-шашынның мөлшеріне қарай өзгеріп отырады. Көп жағдайда олардық құрамында қатты заттар мөлшері жоғары болады. Әдетте жаз айларында ластаушы заттар көнцентрациясы көбейіп, күзде азаяды. Еріген судың ластануы қардың еруіне байланысты болады. Еріген судың құрамында негізінде көктайғақ кезінде тұзды көп пайдаланғандықтан, хлоридтер мөлшері жоғары болып келеді.

Қала аумақтарының жоғарғы беттік ағынды суларының сапасы мен құрамы әртүрлі болжауға өте қиын фактордың әсеріне тәуелді болады. Жергілікті аймақтардың әртүрлі шарттарының құбылмалы болуына байланысты беттік ағынды сулардың сапасын жалпы орта есепке келтіру мүмкін емес деуге де болады.

Тәжірибеде құрамында өндірістік және тұрмыстық ағынды сулардың қоспасы бар қалалық ағынды сулар деген ұғым да пайдаланылады. ағынды Тұрмыстық, өндірістік және атмосфералық ағынды сулар бірге қосылып жіберілуі де бөлек жіберілуі де мүмкін. Кең таралған жүйелерде әдетте, бірге және бөлек жіберілу қарастырылған. Бірге қосып жіберу жүйесінде барлық үш топтың ағынды сулары қаланың шетіндегі тазарту мекемелеріне ортақ құбырлар мен каналдар арқылы жіберіледі. Жеке жіберу жүйелерінде бірнеше құбырлар мен каналдар болады: біреусімен жауын-шашын сулары мен ластанбаған өндірістік сулары араласса, екіншісіне немесе бірнеше құбырлар арқылы ластанған өндірістік ағынды сулар мен тұрмыстық ағынды сулары жіберіледі. [13-18]

Құрамы ерімеген, коллоидты, еріген күйдегі органикалық және минералдық текті қосылыстардан тұратын ағынды сулар күрделі гетерогенді қоспалар болып табылады. Ағынды сулардың ластану дәрежесі ластаушы заттардың бірлік көлем мг/л немесе г/куб ішіндегі массасы, концентрациясына байланысты анықталады. Ағынды сулардың құрамы әрдайым талданады. Жалпы органикалық заттардың концентрациясына, биологиялық жолмен тотығатын органикалық қосылыстар концентрациясына, қатты заттар концентрациясына, ортаның белсенділік реакциясына, боялу қарқынына, минералдану дәрежесіне, биогенді элементтердің (азот, фосфор, калий) концентрациясына және тағы басқаларына санитарлық-химиялық талдаулар жасалып отырады. Суды қайтару және сарапшылықтың мүмкіндік қайтадан игерушілік ағынды су құрам және режим водоотведения тек ортақ ағын индустриялық кәсіпорын, бірақ да ағынды су жеке цехтан және аппараттардан оқылады .

1.4 АҚАБА СУЛАРДАҒЫ АУЫР МЕТАЛДАР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ АНЫҚТАУ ӘДІСТЕРІ

Ақаба суларды тазартудың негізгі әдістері

Өндірістік және тұрмыстық ағынды суларды тазартуда қолданылатын әдістерді үш топқа бөлуге болады: механикалық, физико-химиялық және биологиялық.

Кешенді тазарту құрылғыларына әдетте механикалық тазарту құрылғыларымен қоса қажеттігіне байланысты биологиялық және физико- химиялық тазарту, ал тазартуға жоғары сапалы болуы талап етілсе, терең тазарту құрылғылары кіреді. Тазартылған ағынды сулар сутағанға құйылмастан бұрын залалсыздандырылады және әр тазарту сатысында пайда болған қалдық тұнбалар оларды өңдеу құрылғыларына жіберіледі. Тазартылған ағынды сулар сутағандарға құйылып, немесе өндіріске қолдануға керекті су ретінде, ауылшаруашылығына қажетті су ретінде жіберіледі. Өңделген қалдық тұнбаны қайта қолдануға, жоюға немесе көмуге болады.

Ауыр металдар барлық орталарда мiндеттi бақылауды талап ететін басты ластағыш заттарға жатады. Ауыр металдар соңғы кездерде кең ауқымдағы ластағыш заттарды сипаттайтын елеулi ұғымға айналып отыр. Әр түрлi ғылыми және қолданбалы жұмыстардың авторлары бұл ұғымды әртүрлi мағынада түсiндiруде. Осыған байланысты ауыр металдардың саны да әртүрлі көрсетіледі. Негізгі сипаттамалары ретінде: атомдық массасы, тығыздығы, улылығы, табиғи ортада таралуы және техногендi айналымдары пайдаланылады.

Бүгiнгi күнде қоршаған табиғи ортаның ластануы мәселелерiне және экологиялық мониторингке арналған жұмыстарда ауыр металдарға Д.И.Менделеевтiң периодты жүйесіндегі атомдық массасы 50-ден асатын 40 шақты металды: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi тағы басқаларын жатқызады. Сонымен қатар, ауыр металдарды категориялауда маңызды рөлді келесi шарттар анықтайды: салыстырмалы аз концентрация мөлшеріндегі тірі ағзаларға тигізер улылығы және биожинақталуға қабiлеттiлiгі мен биомагнификациясы. Н.Реймерстiң жiктеуi бойынша тығыздығы 8г/см3-тен асқан металдарды ауыр металдарына жатқызуға болады. Осыған байланысты ауыр металдарға Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg жатады.

Металл иондары табиғи сутағандардың мiндеттi түрдегі құрамдас бөлiгі болып келедi. Олар ортаның жағдайына (pH, тотығу-тотықсыздану потенциалы,лигандтардың болуына) байланысты тотығудың әр түрлi дәрежелерiнде болады және түрлi бейорганикалық және металлорганикалық қосылыстар құрамына кiредi. Табиғи сулардағы ауыр металдардың концентрациясын, химиялық реакцияға түсу қабілеттілігін, биологиялық қол жетiмдiлiгін, улылығын реттейтін факторларын түсiну үшiн жалпы мөлшерін ғана емес, сонымен қатар металдың жеке және байланысқан түрінің мөлшерін білу қажет.

Сулы ортада металдардың металлокомплекс түріне өтудің үш жолы бар:

1. Шөгiндiден ерітіндіге өту барысында  металл иондары концентрациясының  көбею есебiнен болуы мүмкiн;

2. гидратталған иондардың өткiзгiштiгiнен  кешендi иондардың мембранды өткiзгiштiгi айтарлықтай ерекшелену мүмкiн;

3. металдың улылығы комплекстiң  пайда болуының нәтижесiнде қатты  өзгеріске ұшырауы мүмкiн.

Судың ауыр металдармен ластануына негізгі себепші гальваникалық цехтардың, тау-кен өндірісінің, қара және түсті металлургияның, сонымен қатар машинажасау зауыттарының ағынды сулары болып табылады. Ауыр металдар тыңайтқыштар мен пестицидтердің құрамына енетіндіктен сутағандарға ауылшаруашылық алқаптарынан су ағыны арқылы түсуі мүмкін.

Басты назарда ауыр металдардың ішінде өндірістік салаларда көп мөлшерде қолданылып, ауқымды көлемде қоршаған ортаны ластайтын, биологиялық активті, улы металдар болады (1-кесте). Оларға Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg, V, Cr, Mn, Co, Mo, Аs.

 1-кесте. Ауыр металдардың биогеохимиялық қасиеттері

1.5. СОРБЦИЯ ҚҰБЫЛЫСТАРЫНЫҢ ЖАЛПЫ  СИПАТТАМАСЫ

Гетерогендік жүйелердің бөлу беттерінде болатын құбылыстардың ішінде теориялық және практикалық жағынан маңызы зор көп тараған құбылыстардың бірі – сорбциялық құбылыстар. Сорбция деп бір заттың басқа бір затқа өздігінен жұтылу құбылысын айтады (латын тіліннен «Sorbeo» қазақ тілінде «сіңіру» деген мағына білдіреді). Сорбциялық құбылыстар сорбтивтің қозғалатын бөлшектерінің сорбентке қаншалықты терең еңгеніне және олардың арасындағы әрекеттесу шамасына байланысты әртүрлі болып келеді де, соған лайықты әр түрлі аталады. Барлық сорбциялық құбылыстар бөлу беттерден басталғанымен олар екі түрлі аяқталуы мүмкін.Сорбтивтің қозғалатын бөлшектері сорбенттің бүкіл көлеміне, иә тек олардың беттік қабатында ғана жиналды. Бірінші жағдайдағы сорбцияны көлемдік сорбция, не абсорбция дейді де, ал екінші жағдайдағысын – беттік сорбция, не адсорбция дейді [19].

Адсорбция құбылысы бұрынан бері белгілі. Кеуекті көміртек материалдарды (сорбенттерді) адам баласы көптеген жүз жылдық бойы қолданады. Құм және топырақ сияқты табиғи материалдар суды тазалау үшін қолданылған. XVIII ғасырдың өзінде ағаш көмірдің әр түрлі сұйықтықтарды тазалауға және кейбір газдарды сіңіруге деген қабілеттілігі ашылды. 1773 жылы К.Шеелемен қатар Фонтана өзінің көлемінен асатын көлемде әр түрлі газдарды енді ғана қызған ағаш көмірдің сіңіру қабілеттілігін тапты. Кейін жұтылған көлемнің мөлшері көмірдің түріне және газдың табиғатына байланысты екені анықталды. Ерітінділердің адсорбциясын ең бірінші 1785 жылы орыс академигі Г.Е.Ловиц көрсеткен болатын. Ол сұйық ортада көмірмен адсорбция құбылысын толығыменен зерттеді. Кейін көмірді фармацетикалық препараттарды, спирттерді, шараптарды, органикалық қосылыстарды тазалау үшін қолдануға ұсынды. 1814 жылы франциялық ғалым Соссюр барлық саңлаулы қатты денелердің газдарды жұта алатындығын және бұл құбылыс кезінде жылу шығатынын тапты. Соссюр оңай қысылатын (сұйылатын) газдардың жақсы адсорбцияланатынын байқады. XIX ғасырдың аяқ кезінде Гиббс адсорбцияның жалпы термодинамикалық теориясын жасады. XX-ғасырда адсорбция құбылыстарын Лэнгмюр, Поляни Брунауэр, Де-Бур, ал Кеңес Одағында Л.Т.Гурвич, Н.А.Шилов, М.М.Дубинин, А.В.Кисилев сияқты т.б. ғалымдар түпкілікті зерттеді. Бірінші дүниежүзілік соғыста қарулы уландыратын заттарды тазарту бойынша жұмысты дамытуда ынталандырды. 1915 жылы ресей ғалымы Н.Д.Зелинскиймен ойлап табылған белсенді көмірі бар газтұтқыш сорбент ретінде қазірге дейін ұшқыш улы заттардан ең жақсы қорғаныш болып келеді [20-23].

Адсорбция – қатты заттың (адсорбенттің) бетінде бір немесе бірнеше газ және сұйықтық компоненттерінің талғампаз сіңірілу процесі. Ал оған кері процесс десорбция деп аталады. Тұтас фаза (газ, сұйықтық) құрамындағы сіңірілетін компонент адсорбтив, ал адсорбент құрамындағы адсорбат деп аталады.