Înapoi la listă

Filtrul Apei din  Mileniului Trei 

 RECICLAREA APELOR UZATE INDUSTRIAL, CUCONłINUT DE METALE GRELE, PRIN SCHIMB IONICTiberiu CĂTUNEANU, Lucica MIRCEA,Radu VASIU, Francisc GNANDTRECYCLING INDUSTRIAL WASTEWATER WITH HEAVYMETAL CONTAIN BY ION EXCHANGERemoving heavy metal ions from industrial wastewater by ionexchange is based on the properties of the ion - cationic exchanger to changetheir own captions with those from the wastewater. The purification technologyby ion exchange consists of replacing the polluting ion from the used water withanother ion, which is much less polluted, or which results in obtaining aninsoluble chemical compound or one that is easier to remove. The ionexchange between the zeolite and the heavy metal ions is a type of adsorption-chemical reaction - denuding, and the transfer through the zeolite poresdetermines the process. The process is favorite by temperature increase, by pHincrease of the solution from the wastewater, the heavy metal ion concentrationincrease of the initial solution, the quantitative increase of the volcanic tuff. Cuvinte cheie: ape uzate, schimb ionic, zeoliŃi 1. IntroducereCaracteristica esenŃială a apelor uzate industrial o constituievarietatea nelimitată de poluanŃi şi nocivitatea lor deosebită.În poluarea cu metale grele a apelor uzate industrial pondereacea mai mare o au industria minieră, metalurgică, constructoare demaşini şi industria chimică, ce constituie sursa unor poluanŃi cum sunt:plumbul, zincul, cuprul, cadmiul, arsenul, mercurul etc. 140Metalele grele sunt deosebit de toxice pentru organismele vii,determinând inhibarea proceselor enzimatice celulare sau provocândalte numeroase dereglări fiziologice. Datorită proprietăŃilor deosebite de care dispun (adsorbŃie,desorbŃie, schimb ionic, catalitice), zeoliŃii au ajuns să fie utilizaŃi cusucces în domeniul controlului şi dirijării proceselor poluante. Epurareafolosind zeoliŃi se poate afirma că este o metodă naturală şi curată. Înplus se poate realiza recuperarea substanŃelor reŃinute ceea cereprezintă un avantaj economic sau o internalizare a costurilor demediu. La nivel mondial primul loc în ceea ce priveşte consumul dezeoliŃi este ocupat de Europa de Vest, urmată în procente aproapeegale de către America de Nord şi Asia; la finele clasamentului –Europa Centrală şi de Est. România, cu precădere Transilvania, dispune de zăcăminte dezeoliŃi care nu sunt suficient valorificate. În prezent există doar câtevasocietăŃi care se ocupă cu exploatarea tufurilor vulcanice zeolitice.CantităŃi importante de zeoliŃi sunt exportate în vestul Europei saufolosite în cadrul proceselor tehnologice (spre exemplu materiale deconstrucŃie), fără a se Ńine seama de multiple alte posibilităŃi deutilizare.2. Pregătirea tufului vulcanic zeoliticTufurile vulcanice zeolitice necesită o succesiune de operaŃiipregătitoare (tratament fizic, tratament chimic) în vederea utilizăriiacestora în procesele de schimb ionic. Tratamentul fizic constă înmăcinarea tufului vulcanic în moara cu bile, urmată de sortareaacestuia pe clase granulometrice (< 0,2 mm, 0,2-0,4 mm, 0,4-0,6 mm şi0,6-1,0 mm) cu ajutorul unei site vibratoare. Tratamentul fizic sefinalizează cu etapa de spălare a tufului vulcanic zeolitic cu apă distilatăpână la îndepărtarea completă a pulberii foarte fine care ar puteaobtura porii, urmată de uscarea în etuvă la 105 0C timp de 6 ore.Tratamentul chimic constă în aducerea zeolitului natural înforma – Na, care s-a dovedit a fi cea mai eficientă în procesele deschimb ionic. Tratamentul se va efectua într-un agitator în care se vaintroduce zeolitul rezultat în urma procesului fizic şi soluŃia de clorurăde sodiu, raportul solid:lichid utilizat fiind de 1:10, timp de o oră. Dupădecantarea soluŃiei, solidul este spălat cu apă distilată până când pH -ul apei atinge valoarea 7. Se obŃine astfel zeolitul în forma – Na (Z -Na).3. Principiul metodeiEliminarea ionilor de metale grele dintr-o apă uzată industrial,prin schimb ionic se bazează pe proprietatea schimbătorilor de ioni –cationiŃi – de a schimba cationii proprii cu cei din apa uzată. 141 Tehnologia de epurare prin schimb ionic constă în înlocuireaionului poluator din apa uzată cu un alt ion care este mult mai puŃinpoluant sau care conduce la obŃinerea unui compus chimic insolubilsau mai uşor de îndepărtat. Schimbul ionic dintre zeolit şi ionii demetale grele este de tip adsorbŃie - reacŃie chimică - desorbŃie, iarprocesul este determinat de transferul prin porii zeolitului. Procesul estefavorizat de creşterea temperaturii, creşterea pH-ului soluŃiei din apareziduală, creşterea concentraŃiei de ioni de metale grele a soluŃieiiniŃiale, creşterea cantităŃii de tuf vulcanic.Noul procedeu de filtrare constă în aceea că apa uzată estetrecută printr-un filtru umplut cu tuf vulcanic zeolitic cu conŃinut de SiO2şi Al2O3. Cationii schimbabili ai zeoliŃilor (Na+,K+,Ca2+,Ba2+) suntamplasaŃi într-o reŃea de canale şi cavităŃi şi sunt înconjuraŃi demoleculele de apă, ceea ce le conferă o mare mobilitate, putândschimba ionii metalelor grele din apa uzată. Ionii de siliciu tetravalent sunt substituiŃi cu ioni de aluminiutrivalent, rezultând câte o sarcină negativă liberă. Sarcinile negativerezultate din aceste substituŃii vor fi neutralizate de cationi mono- şidivalenŃi: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cs2+, Sr2+. Legarea tetraedrilor de (Si,Al)O4 se realizează prin colŃuri, iar spaŃiul rezultat este constituit dincanale capabile să primească în interiorul lor cationi cu rază ionicămare, molecule de apă sau molecule organice. După ieşirea din filtrulionic, apa nu mai constituie ioni de metalele grele poluatoare şi poate fireutilizată în instalaŃii industriale sau poate fi evacuată, fără a poluamediul. Prezentarea procedeului de filtrare se observă în figura 1.Fig. 1 Procedeu de filtrare utilizând efectul de schimb ionic 142Capacitatea de schimb ionic a zeoliŃilor se datorează structuriilor specifice. Schimbul unor cationi din structura zeolitică cu alŃi cationise poate realiza prin spălarea zeoliŃilor într-o soluŃie concentrată încationul respectiv. Capacitatea de schimb cationic este determinată degradul de substituire al ionului de Si cu Al în structura zeolitului. Cu câtgradul de substituŃie este mai avansat, cu atât deficienŃa de sarcinăeste mai mare, iar numărul de cationi pentru neutralizare creşte.5. Concluzii■ Noul produs şi noua tehnologie rezultate în urma proiectuluiurmăresc ecologizarea şi optimizarea procesului de epurare a apeloruzate rezultate din procesele de acoperiri metalice, precum şi a apelorreziduale din procesul de conservare a minelor prin metode chimice,respectiv schimbul de ioni, încât să corespundă cu cerinŃele uneidezvoltări durabile, corespunzător strategiei guvernului privind protecŃiamediului cu scopul îmbunătăŃirii calităŃii vieŃii prin prevenirea, adaptareaşi restaurarea factorilor de mediu.■ Tuful vulcanic se găseşte din abundenŃă, este ecologic şiieftin de exploatat, având eficienŃă asemănătoare cu răşinile sinteticedin import utilizate momentan, dar foarte scumpe.■ Cele mai importante beneficii ale utilizării zeoliŃilor pentrufabricarea cartuşelor filtrante necesare la epurarea apelor uzateindustrial sunt: uşoare şi rezistente; ecologice şi reciclabile; rezistentela variaŃii de temperatură; rezistente la agenŃii atmosferici, acizi,coroziuni şi imuni la mucegai şi licheni; uşor de instalat; uşor de mutat.BIBLIOGRAFIE[1] Bărbat, A., Tufurile vulcanice zeolitice. ProprietăŃi şi utilizări în agricultura şiprotecŃia mediului înconjurător, Editura Dacia, 1989.[2] Anastasiu, N., Minerale şi roci sedimentare-Determinator, Editura tehnică,Bucureşti, 1977, 350 pag.[3] Popa, M., Anastasiu, N., Roban, R., Resurse minerale asociate formaŃiunilorsedimentare din România - reconsiderări sedimentologice şi petrografice şireevaluarea potenŃialului lor economic. Contract CNCSIS nr. A443/2004.Ing. Tiberiu CĂTUNEANU, CS II, membru AGIRIng. Lucica MIRCEAIng. Radu VASIU, CS I, director, membru AGIRIng. Francisc GNANDT CS I, director executiv, membru AGIRSC TEHNOMAG S.A Cluj-Napocae-mail: tehnomag@cluj.astral.ro