Хром

1.    Причины появления хрома в воде

Хром – это один из металлов, который содержится в недрах земли с концентрацией 0,035%. Минералы, в составе которых содержится хром: хромит, волконскоит и другие. В наземные источники поступает при выщелачивании горных пород. В грунтовые воды поступает из залежей руды. Провоцирует увеличение концентрации хрома и деятельность человека. Элемент попадает в воду из сточных вод промышленных предприятий: гальванические цеха, химические и текстильные производства. В водопроводную воду может попасть при определенных химических реакциях, которые происходят между трехвалентным хромом, присутствующим при коррозии, и обеззараживающими средствами.

Присутствует в воде в нескольких степенях окисления. Cr(III) устойчив и попадая в воду не окисляется. Чаще всего выявляется в виде взвешенных частиц. Cr(VI) устойчив только при определенных условиях: нет веществ, которые легко поддаются окислению, присутствует в виде хромат-ионов в растворенном состоянии.

Концентрация в наземных источниках достигает 10 мкг/дм3. На увеличение показателей оказывает влияние температура, pH, щелочность и т д. Соединения вредны, поэтому их наличие нормируется. Например, для рыбных хозяйств – 0,02 мг/дм3, для бытового назначения - 0,05 мг/дм3.

Не все технологии способны справится с повышенным содержанием хрома. Например, проточные системы фильтрации, которые применяют активированный уголь, не смогут ни удалить, ни снизить концентрацию вещества. Поэтому актуальными методами являются двух и более ступенчатые технологии.

2.    Проблемы, которые вызывает хром

Наиболее токсичное влияние оказывает шестивалентная форма хрома. Вызывает мутацию клеток и онкологию. При попадании в организм образовывается связи с макромолекулами, что вызывает иммунную реакцию – экзема, дерматит. Раздражает слизистые глаз, дыхательных путей. Опасен для желудка и кишечника, провоцируя язвенную болезнь. Научно доказано, что шестивалентный хром является сильным канцерогеном для людей. Разрушает почечные канальцы при длительном воздействии. Нарушает работу печени и сердца.

3.    Способы удаления хрома из воды

Условия применения:

• Содержания хрома более 0,05 мг/л

Применяются несколько способов для устранения примесей хрома. Первый – это электрокоагуляция. Суть метода состоит в электролизе раствора и пропускание через него анодов алюминия и железа. Коллоидные вещества соединяются между собой, укрупняясь, после чего вода фильтруется.

Принцип работы системы: Сначала при помощи электрофореза идет обработка потока. Далее происходит катодное восстановление элементов органики и неорганики. Металлы катодов формируют осадок. Коллоидные частицы устраняются с помощью флотации. Под воздействием катода происходит выделение водорода пузырьками, а твердые элементы поднимаются вверх. Для увеличения скорости реакции возможно добавление химических веществ. Последним этапом становится сорбция ионов загрязнения гидроксидами алюминия и железа.

Рис 1 Схема очистки от хрома электрокоагуляцией

При химическом способе используют железо, медь и кокс. При этом железо будет анодом. Такую смесь называют скрапом. Через нее проходит поток воды, при этом pH не должен превышать 4 единицы. Происходит окисление железа, изменение валентности. Происходящие катодные реакции вызывают выделение водорода и осаждении примесей. В зависимости от кислотно-щелочного баланса воды корректируется расход железа. Примерно на 1 тонну воды будет расход 1,5 кг.

Применяется двух стадийная обработка воды реагентами. Первая ступень – восстановление валентности хрома, вторая ступень – осаждение в виде гидроокиси. Реагентами выступают солисернистой кислоты, дитионит натрия. Происходят следующие реакции:

Cr2O72- + 3SO34- + 8H+ = 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O;

Cr2O72- + 3HSO3¯ + 5H+ = 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O

Примерные дозы реагентов составляют: 3,63 мг/мг сульфита, бисульфит – 3,63 мг. Соли сернистой кислоты применяются в виде раствора 10%. Более точные расчеты производятся после химического анализа воды. Для уточнения значений pH и концентрации шестивалентного хрома.

После изменения валентности необходима нейтрализация.

Cr3+ + 3ОН¯ → Cr(ОН)3↓.

Следующий метод обработки воды от хрома – это технология обратного осмоса. Проходит фильтрация в несколько этапов. Первый шаг – угольный фильтр устраняет хлористые соединения, осадок и другие крупные молекулы. Второй шаг – устранения производных лора, таких как хлорамин. Третий шаг – снижения концентрации фтора. Четвертый шаг – фильтрация с помощью мембраны. Устраняются бихроматы и ионы хроматов. Пятый шаг – квантовая дезинфекция и обработка сорбционным фильтром для улучшения состава воды. Эффективность технологии достигает 98% степени очистки.

Рис 2 Фильтрация обратным осмосом

Актуальна электороадсорбционная технология. Она устраняет самые мелкие патогены органического и неорганического происходждения. Эффективность выше, чем при ультрамембранной фильтрации, при этом не влияет давление и соленость воды. Удаление хрома происходит поэтапно. Полиэфирный фильтр устраняет механические и взвешенные частицы. Далее поток поступает на субмикронный фильтр с порошковым активированным углем и цеолитами серебра. На данном этапе устраняются тяжелые металлы, хром, вирусы и другие примеси. И финальным этапом будет обработка воды сорбентами. Чаще всего углем.

Сточные воды с высоким содержанием хрома очищает при помощи анионита и катионита. Технология эффективна при слабоконцентрированной жидкости. Трехвалетный хром удаляется катионитами, а шести – анионитами. Установки применяются после обработки сорбционными фильтрами и механическими. Ионные фильтры могут быть использованы на финальной стадии обработки воды, после использования реагентов.

Метод биохимической очистки удаляет бихроматы и соединения шестивалентного хрома. Принцип действия в добавлении в воду специальных микроорганизмов. Они с помощью примесей хрома окисляют среду. При этом начинается изменение валентности хрома. Он становится трёхвалентным. Выпадает в осадок в виде гидроокиси. Эффективность достигает 99,4%.

Рис 3 Определение хрома в воде

4.    Выводы

Хром является токсичным веществом, особенно шестивалентный. И даже после обработки, остаточные ионы могут находится в воде. Чтобы определить концентрацию трехвалентного хрома проводятся следующие манипуляции.

В колбу наливают до 50 мл исходной воды и разбавляют дистиллятом до 300 мл. Далее добавляют 15 мл серной кислоты, 3 мл азотной, 0,2 раствора нитрата серебра, 0,5 персульфата аммония и доводят до кипения. Продолжительность 10 минут. Трехвалентный хром становится шестивалентным, вода окрашивается в желтый цвет. Далее охлаждается до температуры 26-28 градусов и добавляют несколько капель железа.

Содержание хрома () в мг/л вычисляют по формуле:

где:

 — объем 0,1 Н раствора соли железа (II), израсходованного на титрование, мл;

 — поправочный коэфффициент для приведения концентрации раствора соли железа (II) к точно 0,1 Н;

 — объем анализируемой сточной воды, мл;

 — число миллиграммов хрома, эквивалентное 1 мл 0,1 Н раствора соли железа (II). 

Шестивалентный хром определяется практически также, но не окисляется аммонием. И цвет при химической реакции становится фиолетовым. 

Определение концентрации хрома в воде и его валентность позволят подобрать способ фильтрации, который наиболее эффективен. На сегодняшний день наибольшее заражение хромом наблюдается в сточных водах. Так как он появляется в процессе промышленной деятельности. Несмотря на контроль состава сливаемых сточных вод, ионы хрома могут попасть в природные источники.