THE POTENTIAL FOR APPLICATION OFSOKIRNITSIA'S CLINOPTILOLITE FOR NATURAL WATER AND WASTEWATER TREATMENT

ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ СОКИРНИЦЬКОГО КЛИНОПТИЛОЛІТУ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ЗАБРУДНЕНОЇ ПРИРОДНОЇ ТА СТІЧНОЇ ВОДИ

Слободяник М. С., Петренко О. В., Яновська Е. С., Затовський І. В., Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна

Постійне зростання об'ємів забрудених природних та стічних вод внаслідок антропогенного впливу потребує пошуку нових безпечних методів їх очистки. Існуючі хімічні та фізико-хімічні методи очищення забрудненої води (хлорування, озонування, осмос тощо), що полягають у активній хімічній дії або фізичному впливі на воду, дозволяють видалити з неї забруднюючі речовини, погіршуючи при цьому фізико-хімічні властивості води та порушуючи природний баланс розчинених у ній солей.
Разом з тим у природі існують безпечні можливості очищення води з вирівнюванням у ній сольового балансу при проходженні води через наземні та підземні горизонти мінералів, що мають величезні адсорбційні властивості щодо антропогенних токсичних речовин (глини, алюмосилікати, цеоліти тощо). Додавання таких природних мінералів-адсорбентів при очищенні стічних та забруднених природних вод на стадії відстоювання не тільки дозволить позбавитись небезпечних антропогенних забруднюючих домішок шляхом адсорбції без хімічних реактивів, а й покращити структуру та мінералізацію води.
Українські Карпати відомі своїми цілющими природними водами, що набули своїх властивостей в результаті природної адсорбції та іонного обміну при протіканні через прошарки природних мінералів-адсорбентів, зокрема цеолітів, серед яких особливими адсорбційними властивостями характеризуються клиноптилоліти.
Загально відомий інтерес світової науки до адсорбційних властивостей клиноптилолітів. Проте адсорбційні властивості цеолітів Карпатського регіону та можливості їх практичного використання досліджено ще недостатньо, особливо при очищенні води у промислових масштабах. На кафедрі неорганічної хімії (спеціалізація «Екохімія») хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка розпочато дослідження адсорбційних властивостей природних мінералів України з метою вирішення цілого ряду екологічних проблем: очищення води у промислових відстійниках; очищення води від органічних речовин, що застосовуються у побуті, та залишків нафтопродуктів; використання природних мінералів в якості допоміжних речовин-наповнювачів з метою здобуття високоякісних харчових продуктів та лікарських засобів.
Ця робота присвячена дослідженню адсорбційних властивостей Сокирницького клиноптилоліту щодо іонів важких токсичних металів у статичному режимі.
Основні характеристики Сокирницького клиноптилоліту, який використовували у дослідженнях, відповідали ТУ У 14.5-00292540.001-2001. У експериментах використовували гранульовану фракцію з діаметром частинок 0,25 мм.
В якості об'єктів для вивчення процесів адсорбції іонів Pb (ІІ), Zn (ІІ), Cd (ІІ), Mn (ІІ), Fe (ІІІ) клиноптилолітом у статичному режимі використовувались різні види стічної та забрудненої природної води. Природну воду брали в річках Либідь, Дніпро, Десна та Удай. В якості виробничих вод досліджували воду з відстійника Єнакієвського металургійного заводу (Донецька обл.) та з очисних споруд Бродецького цукрового заводу (Вінницька обл.).
На першому етапі досліджень шляхом атомно-абсорбційного аналізу з полум'яною атомізацією проведено аналіз відібраних зразків води на вміст Pb (ІІ), Zn (ІІ), Cd (ІІ), Mn (ІІ), Fe (ІІІ).
Повноту вилучення Сокирницьким клиноптилолітом іонів металів, що вивчались, досліджували в статичному режимі, щоб зрозуміти можливості використання цього природного адсорбенту для очищення води на стадії відстоювання. Для цього наважки клиноптилоліту (1 г) клали в конічні колби, що містили 250 мл води, і залишали на 1, 2, 3, 5 та 7 діб. Рідину у колбах періодично перемішували. Потім сорбент відділяли від розчину фільтруванням, а розчини випаровували до об'єму 25 мл і аналізували на вміст Pb (ІІ), Zn (ІІ), Cd (ІІ), Mn (ІІ), Fe (ІІІ) атомно-адсорбційним методом з полум'яною атомізацією на атомно-абсорбційному спектрофотометрі «Сатурн». Вибіркові результати досліджень наведені у табл. 1—4.

Вміст важких металів у воді р. Либідь (м. Київ) до і після її контакту з Сокирницьким клиноптилолітом у статичному режимі*

Іони металів	Концентрація, мкг/мл
Іони металів	Початкова	Після контакту з Сокирницьким клиноптилолітом
Pb	1,42	<0,1
Cd	0,15	< 0,01
Zn	0,65	<0,1
Mn	0,25	< 0,01
Fe	1,26	<0,05

* Умови досліду: маса сорбенту — 1 г; об'єм води — 250 мл; час контакту в статичному режимі — 1 доба.

Вміст важких металів у воді р. Удай (Чернігівська обл.) до і після її контакту з Сокирницьким клиноптилолітом у статичному режимі

Іони металів	Концентрація, мкг/мл
Іони металів	Початкова	Після контакту адсорбентом (1 доба)	Після контакту з адсорбентом (2 доби)
Рb	<0,1	<0,1	<0,1
Cd	< 0,01	< 0,01	< 0,01
Zn	1,19	0,43	<0,1
Mn	1,7	0,12	< 0,01
Fe	1,72	0,23	<0,05

Вміст важких металів у стічній воді Єнакієвського металургійного заводу (Донецька обл.) до і після її контакту з Сокирницьким клиноптилолітом у статичному режимі

Іони металів	Концентрація, мкг/мл
Іони металів	Початкова	Після контакту з адсорбентом (1 доба)	Після контакту з адсорбентом (2 доби)
Pb	0,65	<0,1	<0,1
Cd	0,14	< 0,01	< 0,01
Zn	2,5	0,8	<0,1
Mn	0,35	< 0,01	< 0,01
Fe	1,45	0,23	<0,05

Вміст важких металів у воді відстійника Бродецького цукрового заводу (Вінницька обл.) до і після її контакту з Сокирницьким клиноптилолітому статичному режимі

Іони металів	Концентрація, мкг/мл
Іони металів	Початкова	Після контакту з адсорбентом (1 доба)	Після контакту з адсорбентом (2 доби)
Pb	0,7	<0,1	<0,1
Cd	0,07	< 0,01	< 0,01
Zn	0,35	<0,1	<0,1
Mn	0,25	< 0,01	< 0,01
Fe	3,6	1,03	<0,05

Паралельно методом безеталонного рентгенфазового флуоресцентного аналізу проводились рентгенфлуоресцентні дослідження хімічного складу клиноптилоліту до і після контакту із забрудненою водою.
Проведені дослідження доводять, що після контакту навіть досить забрудненої стічної води (наприклад скидів металургійного виробництва) з Сокирницьким клиноптилолітом протягом двох перших діб вміст у ній важких токсичних металів відповідає вимогам ГОСТ на питну воду в Україні. При цьому санітарно-технічні показники води не погіршуються. Проведені дослідження засвідчують, що при контакті даного клиноптилоліту з водою в результаті іонного обміну між твердою та водною фазами відбувається збагачення води іонами кальцію та калію.
Отже, Сокирницький клиноптилоліт можна використовувати в якості дешевого адсорбційного матеріалу вже на перших стадіях очищення, в тому числі при відстоюванні. Застосування клиноптилоліту в комбінації з хлоруванням, озонуванням, контактною коагуляцією значно підвищує їх ефективність.
Запропонований підхід є повністю безвідходним, оскільки тверду фазу клиноптилоліту з абсорбованими важкими токсичними металами можна не захоронювати у ґрунтових могильниках, а використати в якості складової твердого покриття доріг або у технологічному будівництві. Це зумовлено незворотною сорбцією клиноптилолітом важких металів та відсутністю їх вимивання у грунти.

Slobodyanik N. S., Petrenko O. V., Yanovska E. S., Zatovskiy I. V., Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, Ukraine

The atomic absorption and X-ray-fluorescence methods were used to examine the adsorption properties of Sokirnitsia's clinoptilolite in relation to the ions of Pb (II), Zn (II), Cd (II), Mn (II), Fe (III) in the static mode. A treatment method for natural water and process effluents has been developed and tested in the laboratory conditions on water samples with various levels of pollution and from different regions of Ukraine. This method involves the use of Sokirnitsia's clinoptilolite. The study has demonstrated the possibility of developing a n-waste technology of water treatment with subsequent use of clinoptilolite with adsorbed ions of heavy toxic metals in road construction or industrial construction.

Слободяник Микола Семенович, д-р хім. наук, проф., чл.-кор. НАН України, зав. кафедрою неорганічної хімії, хімічний факультет, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Володимирська, 64, Київ-33, 01033, Україна. Тел. (044) 234-51-85
Петренко Ольга Василівна, канд. хім. наук, доц., кафедра неорганічної хімії, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64, Київ, Україна, 01033. Тел. (044) 239-32-41, факс (044) 239-33-58
Яновська Еліна Станіславівна, канд. хім. наук, доц., кафедра неорганічної хімії, хімічний факультет, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64, Київ, 01033, Україна. Тел. (044) 239-32-41, факс (044) 239-33-58. E-mail
Затовський Ігорь Вікторович, канд. хім. наук, ст. наук. співр., кафедра неорганічної хімії, хімічний факультет, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Володимирська, 64, Київ, 01033, Україна. Тел. (044) 239-32-88, факс (044) 239-33-58. E-mail