В последнее время примеси хлорорганических соединений трихлорэтилена (C₂HC13) и тетрахлорэтилена (С.С.) достаточно часто стали встречаться B подземных водах. Трихлорэтилен тетрахлорэтилен относятся к первому классу опасности. Эти вещества проявляют как острое, так и хроническое токсическое действие на организм человека. Существуют указания на наличие у хлорэтиленов возможности тератогенного канцерогенного действия. Представленная научно-исследовательская работа показала, что одним из наиболее эффективных способов удаления ТХЭ и ПХЭ из воды является метод комплексного использования озонирования и сорбции на активированных углях. Определены физико-химические параметры озонирования и сорбции, а также тип угля для озоно-сорбционной очистки воды от трихлорэтилена (ТХЭ) и тетрахлорэтилена (ПХЭ) в воде.

Введение

Представленная научно-исследовательская работа показала, что одним из наиболее эффективных способов удаления ТХЭ и ПХЭ из воды является метод комплексного использования озонирования и сорбции на активированных углях.

2. Материалы и методы

Работа проводилась на установке, фотография которой представлена на рис.Г. Исходная подземная вода с помощью насоса подается на вакуумно-эжекционный блок, где распыляется в атмосфере смеси газов кислорода и озона, который получается в генераторе озона и кислорода, подающегося из концентратора кислорода. После заданного времени контакта озона с водой, она сорбционном блоке, заполненном проходит доочистку на активированным углем. Концентрации загрязнителей варьировалась от одной сотой до 16-ти сотых мг/л, что превышает норму ПДК[3-7] ТХЭ и ПХЭ в 2-24 раза. При этом уровне загрязнения целесообразная доза озона для очистки воды составила приблизительно 10 мг на литр воды.

Обсуждение

Молекулярный озон реагирует в воде с триэтиленом. В результате реакции образуются озонид. В результате его распада имеем фосген и формил хлорид, которые подвергаются гидролизу в воде до НС и СО Реакции согласно схеме (1)-(3):

HC(O)CI+H₂O → HC(O)OH + HCl; (1) k-10 c

C(O)Cl+H₂OCIC(O)OH+H+CT: (2) ky 10 c

CIC(O)OH→ CO₂+H+CI; (3)

10 جر

При реакции молекулярного озона в воде с тетрахлорэтиленом образуются трихлоруксусная кислота, монооксид углерода и перекись водорода, которые относятся либо к 4 классу опасности либо их концентрация менсе ПДК.

Оценка величин эффективных констант скоростей реакций озона с загрязнителями проводилась по уравнению псевдопервого порядка. Величина эффективной константы скорости реакции озона с ТХЭ и ПХЭ составила 15,5 и 4,5 л/(мольс) соответственно, что хорошо коррелируется с данными других исследователей этой тематики, табл. 1

Таблица 1. Эффективные константы скоростей реакций озона С ТХЭ и ПХЭ

Выбрано три типа активированных углей. Микропористое углеволокно АУТ-М, микропористый кокосовый уголь КАУСОРБ-221, микро-мезопористый уголь АГ-3. Все угли имеют высокую поверхность.

Таблица 2. Характеристики активированных углей: АУТ-М

Выбрано три типа активированных углей. Микропористое углеволокно АУТ-М, микропористый кокосовый уголь КАУСОРБ-221, микро-мезопористый уголь АГ-3. Все угли имеют высокую поверхность.

Таблица 2. Характеристики активированных углей: АУТ-М

Проводились косвенные исследования для сравнения размеров основных пор и их сродство с размерами ТХЭ и ПХЭ с помощью метиленового голубого и йода. Из таблицы 3 видно, что высокое сродство имеют активированный уголь КАУСОРБ-221, и углеволокно АУТ-М. АГ-3 хорошо подходит для сорбции крупных органических молекул, а необходимость применения его для ТХЭ и ПХЭ менее однозначно.

Таблица 3. Адсорбционная емкость адсорбентов по метиленовому голубому и йоду из водных растворов и максимальная адсорбция ТХЭ и ПХЭ при их равновесных концентрациях 4500-6000 мг/л на углях АУТ- М. КАУСОРБ-221. АГ-3.

Кинетика сорбции на 0.1 г сорбентов показала, что сорбционное равновесие на сорбентах УВС устанавливалось через 6-10 часов.

Рис 2. Кинетика сорбции ТХЭ и ПХЭ на углеродных сорбентах АУТ-М. КАУСОРБ-221. АГ-3.

На рисунке 3 а-д приведены изотермы адсорбции и десорбции ТХЭ и ПХЭ на углях АУТ-М, КАУСОРБ-221, АГ-3 при темперах 23, 35, 45 °C соответственно. Видно, что наибольшую максимальную сорбционную емкость имеет углеволокно АУТ-М. Меньшую поверхность, а соответственно максимальную емкость имеет КАУСОРБ-221. В то же время из рис. 3 (е, д) емкость АГ-3 для адсорбции ТХЭ и ПХЭ крайне мала. Данные кривые можно описать на линейных участках в логорифимических координатах уравнением Френдлиха.

На основе изотерм адсорбции при температурах 23, 35, 45 °C рассчитаны параметры уравнения Френдлиха, таблица 4, в том числе величина, которую часто называют константой адсорбции К_f.

Таблица 4 Параметры уравнения Френдлиха при разных температурах для АУТ-М. КАУСОРБ-221

Из таблицы 4 видно, что с повышением температуры адсорбция уменьшается, то есть равновесие смещается в сторону десорбции.

Константа адсорбции для ТХЭ меньше в 2-2,5 раза, чем для ПХЭ.

Рисунок 4. Энтальпия адсорбции ТХЭ и ПХЭ для углей АУТ-М.

На основе данных представленных на рис. 4 установлено, что энтальпия адсорбции три и тетра хлорэтиленов на КАУСОРБ -221 имеет значение в диапазоне 36-38 кДж/моль и 38-56 кДж соответственно, что соответствует процессу хемосорбции. Для активированных углей АУТ-М и АГ-3 сорбция три и тетра- хлорэтиленов определяется посредством Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий и характеризуется энтальпией адсорбции 16-18 кДж/моль и 16-24 кДж/моль соответственно. Адсорбция ТХЭ и ПХЭ для АГ-3 характеризуется величинами 12-15 кДж/моль и 12-19 кДж/моль. Следовательно, на данном типе угля имеет место физическая адсорбция ТХЭ и ПХЭ.

4. Выводы

Исследования эффективности озоно-сорбционной технологии очистки воды от три и тетра хлорэтиленов проведены на трех различных углеродных сорбентах АУТ-М, АГ-3 и CAUSORB-221, которые производятся в России. Произведена сравнительная оценка эффективности двух технологий очистки: озоно-сорбционной и кислородно-сорбционной, Показано, что озоно-сорбционная технология является более эффективной, чем кислородно-сорбционная в случае очистки воды от три и тетра хлорэтиленов. Эффективность удаления трихлорэтилена с помощью озонирования составляет примерно 50%, что гораздо эффективнее по сравнению с удалением перхлорэтилена. Эту разницу можно объяснить стерическим эффектом молекул ТХЭ и ПХЭ.

Показано, что АУТ-М. АГ-3 и CAUSORB-221 можно окислить озоном, с концентрацией 3% об. Углеродное волокно АУТ-М наиболее устойчиво к озонированию. Однако, используемые на практике в водоочистке концентрации озона обычно менее 1% об. и видимого окисления углеродных материалов при данных концентрациях озона не происходит.

Показано, что микропористые активированные угли CAUSORB-221 и AUT-М обеспечивают более высокую адсорбцию три и тетра- хлорэтиленов по сравнению с микро-мезопористым углем АГ- 3, хотя все они характеризуются сходными значениями поверхности. Адсорбционные данные, рассчитанные по уравнению Фрейндлиха, демонстрируют лучшую способность адсорбции ТХЭ и ПХЭ на АУТ-М. чем на CAUSORB - 221. Значения константы адсорбции трихлорэтилена ниже, чем тетрахлорэтилена для обоих адсорбентов.

Значения энтальпии адсорбции трихлорэтилена на угле CAUSORB- 221 находятся в диапазоне Δ -37-52 кДж/моль, что соответствует хемосорбции. Для адсорбции перхлорэтилена на угле CAUSORB-221 характерны значения в диапазоне Δ 36-38 кДж/моль, что соответствует переходной области от физической к химической адсорбции. Величина энтальпии адсорбции три и тетрахлорэтиленов на волокнистом сорбенте АУТ-М соответствует физической сорбции посредством Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий, составляя Δ =16 +24 кДж/моль. Сорбция три и тетрахлор этиленов на угле АГ-3 является физической. При этом установленная величина энтальпии адсорбции для трихлорэтилена составляет Δ =15+25 кДж/моль, а для тетрахлоэтиленов Δ-12+19 кДж/моль.

Автор книги "Озон и другие экологически чистые окислители: Наука и технологии: сборник статей 34-й Всероссийской конференции"
В.В. Лунин, Самойлович, В.Г., С.Н. Ткаченко, И.С. Ткаченко

По вопросам и предложениям свяжитесь с нами любым удобным способом

Телефон: 8 (800) 775-28-45
E-mail: info@ozonbox.pro
Соцсети: Вконтакте | Rutube