Адсорбционные свойства глиняных минералов Омского региона

В заключении следует отметить, что приведённые данные не исчерпывает  всех видов химических загрязнений, которые могут встречаться в  воде поверхностных источников. Однако и эти виды загрязнений отличаются весьма большим разнообразием. Так  в класс пестицидов входят вещества различного химического состава  и структуры, имеющие различную  растворимость в воде, устойчивость к гидролизу, биологическому и химическому  окислению. Это относится и к  другим химическим веществам, 15]объединяемым в группы по тем или иным признаком (например, к нефти, нефтепродуктам и др.). среди примесей как природно происхождения, так и вносимых в  воду в результате хозяйственной  деятельности человека имеются вещества, которые находятся в воде в  истинно растворенном состоянии, в  виде коллоидов, взвесей и эмульсий.

Учитывая изложенное, невозможно заранее дать общего решения задачи по удалению из воды химических загрязнений  и необходимо в каждом конкретном случае дифференцированно подходить  к выбору методов очистки воды [2].

5. Способы очистки (опреснение водоёмов)

Проблема очистки воды охватывает вопросы физических, химических и биологических ее изменений в процессе обработки с целью сделать ее пригодной для питья, т. е. очистки и улучшения ее природных свойств.

Основными методами очистки воды для  хозяйственно-питьевого водоснабжения  являются осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойниках вода движется с замедленной скоростью, вследствие чего происходит выпадение в осадок взвешенных частиц. В целях осаждения мельчайших коллоидных частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий, железный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья, увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.

Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

Фильтрование — самый распространенный метод отделения твердых частиц от жидкости. При этом из раствора могут быть выделены не только диспергированные частицы, но и коллоиды.

В процессе фильтрования происходит задержание взвешенных веществ в порах фильтрующей среды и в биологической пленке, окружающей частицы фильтрующего материала. Вода освобождается от взвешенных частиц, хлопьев коагулянта и большей части бактерий.

Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание воды, или ее дезинфекция, заключается в полном освобождении воды от болезнетворных бактерий. Так как полного освобождения ни отстаивание, ни фильтрование не дают, с целью дезинфекции воды применяют хлорирование и другие способы, описанные ниже.

Традиционные методы очистки  воды не позволяют удалять из неё  многие виды загрязнений (особенно содержащиеся в растворенном вилле), которые могут  встречаться в поверхностных  водоисточниках. Эти методы часто  не обеспечивают получение воды стандартного качества даже в тех случаях когда  требуется удаление привкусов и  запахов природного происхождения. В связи с этим пытаются использовать дополнительные методы обработки воды: окисление, сорбцию, ионный обмен, физические методы и др. Для целей хозяйственно-питьевого  водоснабжения, как правило приходиться  обрабатывать большое количество воды, кроме того, стоимость её обработки  должна быть невелика. Поэтому в  практике водоснабжения пока получают применение только первые два метода: окисление и сорбция [3].

1. Окислительный метод очистки воды

Окислители уже давно  используются в технологии водоподготовки в основном благодаря своему бактерицидному действию. Ещё в конце прошлого столетия были проведены первые опыты  по обеззараживанию воды хлором и  азоном. Окислители используются также  для удаления цветности воды, её привкусов и запахов, т.е. органических веществ природного происхождения. Наряду с газообразным хлором и озоном находят применение различные хлорсодержащие продукты (хлорная известь, гипохлориты, двуокись хлора) и перманганат калия. Эти окислители обладают различными окислительно-восстановительным потенциалом. Однако эффективность их действия определяется не только величиной окислительно-восстановительного потенциала , а также другими факторами, которые необходимо учитывать при оценке действия окислителя на те или иные виды загрязнений. К таким фактором можно отнеси скорость взаимодействия окислителя с удаленными из воды веществами, а также проявляемые в ряде случаев особенности взаимодействия. При этом необходимо иметь в виду, что очистка воды от органических соединений с помощью окислителей достигается путём  их разложения т.е. перевода в другие соединения. Очистка от неорганических соединений в том числе от ионов металлов может быть достигнута только в том случае, если последние будут переведены при действие окислителей в нерастворимую форму. Юлагодаря этому они могут быть переведены из воды с помощью отстаивания, фильтрования и т.п.

Наиболее характерные  окислители и их взаимодействие с  характерными видами загрязнений воды.

Хлор. Как известно, взаимодействие хлора с водой протекает по уравнению

Cl₂ + H₂O HCl + HClO

Образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует по уравнению

HClO H⁺ + OCl^–

Хлор является хорошим  дезинфектантом. Его бактерицидное  действие проявляется по отношению  к бактериям и некоторым видам  врусов. Обеззараживающий эффект зависит  от дозы хлора, времени его контакта с водой, степени загрязненности воды и других услвий. В реакцию  взаимодействия с хлором могут вступать различные химические соединения.

Окислению хлором подвергаются природные гуминовые вещества, обусловливающие  цветность воды. Имеются данные, что хлорирование нарушает устойчивость коллоидных частиц водного гумуса, способствуя их коагуляции.

Хлор сравнительно легко  взаимодействует с фенолами. Исследования, проведённые в Институте коллоидной химии воды позволили установить, что из класса фенолов наиболее устойчивыми по отношению к хлору является одноатомные фенолы – оксибензол, крезол, нафтол. Двухатомные фенолы (пирокатехин, резорцин, гидрохинон) и трёхатомные фенолы (флороглюцин, резорцин, гидрохинон) разрушаются под действием под действием хлора значительно интенсивнее.

Проведены опыты по выяснению  характера взаимодействия хлора  с фенолом (оксибензолом).  Эти  данные показывают, что при малых  дозах хлора фенол не разрушается, хотя наблюдается расход окислителя. По-видимому, на этой стадии идёт образование  хлорпроизводных фенола, что подтверждалось появление типичного «аптечного»  запаха воды. С увеличением дозы хлора количество фенола начинает снижаться, что свидетельствуето его разрушении. При полном разрушении фенола расход хлора прекращается. Исходя из количества прореагировавшего хлора можно  подсчитать, что в данном случае окисление проходит в основном до малеиновой кислоты. При этом для  протекания реакции необходим определенный избыток хлора. Особенности взаимодействия хлора с фенолом являются образование  нежелательных хлорпроизводных  при недостаточных дозах хлора  и необходимость значительного  избытка хлора для их разрушения, что в практических условиях требует  специального процесса дехлорирования воды.

В ходе исследования выполненных  Буртшелом и его сотрудниками установлено, что большинство хлорпроизводных  фенола обладают  неприятным запахом, особенно 2-хлорфенол, 2,4 –дихлорфенол, 2,6 –дихлорфенол и трихлорфенол.

Весьма специфичным является взаимодействие хлора с аммиаком, так как реакция между ними протекает достаточно быстро с образованием хлораминов. Например, хлор взаимодействует  с аммиаком примерно в 100 раз быстрее, чем с фенолом. В зависимости  от условий протекания реакции, в  том числе от соотношения концентраций хлора и аммиака, могут образовываться различные хлорамины: монохлорамины (NH₄Cl), дихлораммины (NHCl₂) и трихлораммины (NCl₃).

Хлорамины, также как и  хлор, являются окислителями и обладают бактерицидным действием, которое  проявляется, однако, значительно медленнее  и слабее. При наличии связанного хлора рекомендуется производитьобеззараживание воды увеличенными дозами хлора и  при более длительном его контакте с обрабатываемой водой по сравнению  со свободным хлором.хлорамины значительнее медленнее, чем хлор взаимодействуют  с органическими веществами. Поэтому  на практике в воду часто специально добавляют аммиак, чтобы «связать»  хлор в хлорамины и воспрепятствовать  образованию нежелательных органических хлорпроизводных, например хлорфенолов. Этот же пример используют  в тех  случаях, когда необходимо продлить бактерицидное действие хлора. Однако если требуется провести глубокое и  быстрое окисление находящихся  в воде загрязнений и если при  наличии в обрабатываемой воде аммиака  неизбежно образуются хлорамины, на практике прибегают к избыточному  хлорированию.

Большое число исследований посвящено вопросу изучения взаимодействия хлора с пестицидами. Имеющиеся  данные показывают, что хлор плохо  окисляет большинство хлорсодержащих органических пестицидов, а в тех  случаях когда эта реакция  протекает, могут образовываться токсичные  продукты: например, альдрин при  окислении хлором превращается в  дельдрин, который более токсичен, чем исходный продукт.

Фосфорганические пестициды  окисляются хлором несколько лучше, однако и здесь могут образовываться более токсичные продукты по сравнению  с первоначальным веществом. Так, при  взаимодействии хлора с паратионом последний превращается в более  токсичный продукт – параоксон [2].

Имеется значительная группа органических химических соединений, с которыми хлор практически не взаимодействует  или взаимодействует очень слабо. К таким соединениям относятся  синтетические поверхностно-активные вещества, в частности хлорный  сульфонол, соединения, входящие в состав нефтей и нефтепродуктов и др. свободный  хлор способен окислять некоторые металлы, переводя их в труднорастворимые  соединения, благодаря чему они могут  быть удалены из воды. Так, например, сравнительно легко окисляется хлором двухвалентное железо [3].

Двуокись хлора представляет собой ядовитый взрывоопасный газ, хорошо растворимый в виде. При нормальных условиях один объём воды растворяет около 30 объёмов двуокиси хлора. Чаще всего используют способ, основанный на окислении хлорита натрия хлором:

2NaClO₂ + Cl₂ 2 запахов. Двуокись хлора весьма энергично ClO₂ + 2NaCl

По мнению ряда авторов, двуокись хлора является хорошим денинфектантом и по сравнению и по сравнению  с хлором более эффективно действует  на потогенные бактерии кишечной группы.

Наряду с высоким бактерицидным  действием двуокиси хлора многие исследователи отмечают также эффективность  её применения с целью устранения привкусов и запахов. Двуокись хлора  весьма энергично взаимодействует  с фенолами. Скорость протекания этой реакции во много раз превышает  скорость окисления фенола хлором. Исследователями было установлено, что двуокись хлора, как и хлор, является мало эффективным реагентом  по отношению к нефтепродуктам и  не снимет вызываемые ими привкусы и запахи. Плохо взаимодейтвует двуокись хлора и синтетическими поверхносто-активными  веществами. В отличие от хлора  двуокись хлора не взаимодействует  с аммиаком, и поэтому присутствие  последнего в воде не влияет на её окислительное  действие. Отмечая, что двуокись хлора  имеет преимущество перед другими  окислителями при очистке воды от марганца, так как реакция окисления  марганца двуокисью хлора протекает  практически мгновенно [7].

Перманганат калия.  Хотя этот реагент начал использоваться для очистки воды давно, но только в последние десятилетия получил широкое внедрение в ряде стран, особенно при необходимости снижения привкусов и запахов воды и удаления из неё двухвалентного железа и марганца.

Особенностью перманганата калия является то, что он, действуя как окислитель, сам восстанавливается  до двуокиси марганца. Некоторые исследователи  приписывают двуокиси марганца немаловажную роль в процессе удаления загрязнений  из воды, считая, что она образует в воде тонкодисперсный осадок, способный  сорбироваться на своей поверхности  некоторые виды загрязнений, повышая  тем самым общий эффект очистки  воды. При этом дозы перманганата можно  подбирать простейшим способом исходя из специфической фиолетовой окраски, присущей раствору самого перманганата.

Перманганат калия способен окислять весьма ограниченное количество пестицидов. При взаимодействии перманганата калия с пестицидами так же, как и при действии хлора, могут  образоваться продукты более токсичные, чем сами пестициды.