Словосочетания «удаление тяжелых металлов» и «нейтрализация тяжелых металлов» знакомы каждому экологу и ответственному за очистку сточных вод на промышленных предприятиях сотруднику. В этой статье мы рассмотрим существующие способы удаления и нейтрализации тяжелых металлов, проанализируем их преимущества и недостатки, а также предложим пути повышения эффективности процессов очистки сточных вод.

Какие металлы принято называть тяжелыми

Сначала дадим определение. Итак, под тяжелыми металлами обычно понимают химические элементы периодической системы Д.И. Менделеева, молекулярная масса которых превышает 40 единиц. Другое определение к тяжелым металлам относит химические элементы, имеющие свойства металлов, а также большой атомный вес или плотность. Под данное описание подходят такие химические элементы, как свинец, ртуть, кадмий, медь, мышьяк, никель, цинк, хром, олово, железо, никель, алюминий и др.

Польза и вред тяжелых металлов

Часть тяжелых металлов в небольших концентрациях необходима для нормального функционирования представителей растительного и животного мира. Железо и цинк в определенном количестве полезно для организма человека. Но другие тяжелые металлы, накапливаясь в тканях, со временем создают концентрации, которых достаточно для возникновения тяжелых заболеваний.

Существует отдельный подкласс тяжелых металлов – токсичные металлы. Они не выполняют полезных функций в биологических процессах (например, ртуть и свинец). Есть также химические элементы, влияние которых на одни виды животных носит токсичный характер, а на другие виды оценивается положительно (кадмий, ванадий).

Попадание тяжелых металлов в окружающую среду в основном связано с деятельностью человека: работа автотранспорта, объекты энергетики и промышленные предприятия. Рассмотрим, как осуществляется удаление и нейтрализация тяжелых металлов для случая  попадания в почву и водоемы вместе со сточными водами.

Удаление тяжелых металлов из сточных вод

Удаление тяжелых металлов из сточных вод осуществляется за счет их перевода в нерастворимые соединения, с которыми можно работать дальше путем фильтрации, отстаивания или другого способа разделения твердой и жидкой фаз. Есть следующие процессы, находящие применение при очистке стоков от тяжелых металлов:

• нейтрализация;
• окисление и восстановление;
• осаждение;
• обезвоживание осадка.

Соли тяжелых металлов в большинстве случаев содержатся в кислых сточных водах. Их предварительно необходимо нейтрализовать, т.е. осуществить реакцию между кислотой и щелочью, в результате которой теряются нежелательные свойства обоих соединений. Нейтрализация может проводиться несколькими методами:

• смешиванием потока кислотных и потока щелочных сточных вод;
• добавлением реагентов;
• пропусканием кислотносодержащих стоков через нейтрализующую перегородку и др.

Под окислением в случае очистки сточных вод понимают химическую реакцию, в результате которой происходит отделение электронов от атомов (ионов). Практически имеет место взаимодействие окислителя с загрязнениями. Загрязнения становятся менее токсичными и могут удаляться из воды. Сам по себе данный метод связан с большим расходом реагентов, поэтому используется тогда, когда другие методы по каким-либо причинам не подходят.

Осаждение и обезвоживание осадка применяются на завершающем этапе процесса удаления и нейтрализации тяжелых металлов в сточных водах.

Несмотря на свою распространенность и востребованность, реагентные методы имеют ряд недостатков, которые требуют совершенствования действующих систем очистки. Это большое количество реагентов, которые необходимо затратить для доведения концентрации тяжелых металлов до норм ПДК, энергозатратнрость, большие объемы занимаемых производственных площадей.

Аппарат вихревого  слоя в системах удаления и нейтрализации тяжелых металлов в сточных водах

Проблема совершенствования действующих реагентных систем очистки и нейтрализации сточных вод от тяжелых металлов не нова. Еще в 60-хх годах прошлого века советским ученым Д.Д, Логвиненко было предложено решение, которое и спустя почти 70 лет может принести немало пользы любому промышленному предприятию, для которого актуален вопрос очистки стоков.

Основная идея данного решения заключается в том, что удаление тяжелых металлов осуществляется на основании немного видоизмененной традиционной схемы, в которую включают дополнительное устройство – аппарат вихревого слоя.

По-простому конструкцию аппарата вихревого слоя можно описать следующим образом. Это асинхронный двигатель с извлеченным ротором, у которого на месте ротора располагается рабочая камера, изготовленная из немагнитного материала. В рабочую камеру помещаются ферромагнитные цилиндрические частицы (иголки). При подаче напряжения на обмотку статора эти частицы начинают движение по сложным траекториям, сталкиваясь как между собой, так и со стенками камеры. При этом на вещества, находящиеся в рабочей камере, оказывают влияние многие факторы: вращающееся магнитное поле, контактное взаимодействие с частицами, кавитация, магнитострикция  и др. Их комплексное воздействие обеспечивает очень быстрое  протекание процессов в рабочей камере (длятся секунды и доли секунд). При этом энергопотребление аппарата существенно меньше, чем у традиционных механических мешалок. Если говорить в цифрах, то это снижение расхода реагентов в 1,5-2 раза и электроэнергии  в 2-2,5 раза на 1 м³ сточных вод.

Таким образом, удаление и нейтрализация тяжелых металлов в сточных водах могут стать более эффективными, если в существующую систему очистки внедрить аппараты вихревого слоя.