Очистка воды от стронция

1.  Стронций в воде

В природной среде элемент стронций является составляющей частью микроорганизмов и растений. При накоплении данного вещества его токсичность возрастает. Но в большинстве случаев повышенная концентрация радионуклидов стронция появляются в воде в результате деятельности промышленных предприятий или аварии. Большое количество стронция содержится в сточных водах и такую загрязненную воду нельзя утилизировать без предварительной обработки.

Стронций находится в воде в виде бивалентных ионов. Определяется путем проведения химического анализа воды. По регламенту радионуклидов стронция в воде быть не должно. Поэтому перед утилизацией сточных вод требуется тщательная обработка.

2. Методы очистки сточных вод от стронция

Существуют реагентные и безреагентные методы очистки. К первым относят окисление. Ко второму варианту – обратный осмос, ионозамещение, адсорбцию.

Химический метод. Для устранения стронция в воду добавляются определенные реагенты: озон, гипохлорит натрия, перманганат калия. Все эти вещества способны окислить среду и вызвать выпадение стронция в осадок. Метод очистки происходит следующим образом: реагент дозировано подается в воду, где происходит химическая реакция. При взаимодействии химических веществ, изменении кислотности, стронций выпадает в осадок. Далее происходит очистка сорбционными фильтрами для устранения остаточных соединений процесса, а также утилизации осадка. Преимущество способа в его эффективной очистке. Реагенты могут работать с большим количеством воды. И сам процесс происходит относительно быстро. Что касается недостатков, то здесь в первую очередь выявляют экономическую составляющую – постоянный расход реагентов. Причём показатели и степень загрязнённости воды могут увеличить эти расходы.

Рис 1 Химический способ

Системы обратного осмоса. Фильтрация воды происходит после предварительной обработки для устранения механических загрязнений и/или хлористых соединений. Далее поток под давлением подается на полупроницаемую мембрану, которая пропускает молекулы водорода и кислорода. Все загрязнения остаются на внешней части элемента. Преимущество метода в очистке воды до 99%. Устраняется не только стронций, но и другие примеси. Не требуется изменять существующие характеристики воды. Но мембране требуется периодическая промывка по мере загрязнения. К тому же фильтр требуется менять. Сроки варьируются от 1 года до нескольких лет. Сроки определяет производительность, материал мембраны, степень загрязненности. Обязательна предварительная подготовка воды.

Рис. 2 Система обратного осмоса

Ионозамещение. Фильтрующим элементом выступает ионная смола. В ней находятся ионы. И при контакте с водой начинается обмен. Гранулы смолы притягивают стронций и заменяют его на безопасные вещества.  Для каждого типа примесей используется своя смола. Эффективна очистка на сильнокислых катионитах в натриевой форме. Также подходит H катиониты. Коэффициент однородности составляет более 1,2. Предварительная обработка воды требуется только при очень высоких концентрациях стронция, повышенной мутности. Для этого происходит обработка на сорбционных фильтрах. Преимущества способа в его простоте и безопасности. Ионная смола позволяет устранить стронций со степенью очистки до 95%. При этом качество воды не подвергается ухудшению не требуется дополнительная очистка. Но при заполнении смолы её необходимо регенерировать. Для этого производится промывание концентрированным раствором. Недостатки метода в обязательной обработке смолы. Тем более воду, которая использовать для регенерации также требуется фильтровать перед утилизацией.

Рис.3 Система ионного обмена

Адсорбция. Одним из наиболее распространенных вариантов удаления радионуклидов из воды является использование сорбентов. В зависимости от требуемой производительности и объема фильтруемой воды подбирается сорбент. Основное внимание уделяется его впитывающим способностям и емкости.  Приоритетными по праву считаются глины, цеолиты, активированный уголь. Процесс протекает следующим образом: поток воды проходит через колонну с загрузочным сорбентным материалом. Поверхность гранул имеет пористую структуру и при взаимодействии с молекулами стронция впитывает их. Адсорбция может производиться несколькими типами сорбента с разной пористостью веществ. В этом случае сначала устраняются наиболее крупные элементы, а в нижних слоях загрузки – мелкие. Промывается фильтр путем подачи воды в обратном направлении для взрыхления. Преимущества способа в его высокой производительности и высокой степенью очистки. Недостатки в том, что при высокой концентрации стронция потребуется частая промывка сорбента и последующая замена материала.

3. Выводы

Стронций является токсичным веществом. При высокой концентрации элемента приоритетной будет следующая схема очистки:

• механическая обработка воды для устранения крупных загрязнений;
• обработка на сорбционных фильтрах с многокомпонентной загрузкой;

Либо

• механическая очистка;
• cорбционные фильтры, для устранения основной части стронция и других примесей;
• системы обратного осмоса, доочистка воды;

Либо

• механическая фильтрация;
• сорбционные фильтры;
• ионный обмен;

Также эффективно будет использование химических реагентов. Но тут вопрос в эффективности обработки и контроле неизменности состава воды. Так как химические элементы могут взаимодействовать и образовывать новые соединения. После такой очистки рекомендовано прогонять воду через сорбционные фильтры. Реагенты подаются в воду дозировано. Расчет производится в зависимости от концентрации стронция и объема воды. Если добавить реагента недостаточно, то реакция будет незаконченной. Если больше – возможно образование токсичных элементов и ухудшение исходного состава воды.

Если вода будет использоваться повторно, например, в технических целях, то потребуется более расширенная очистка. Если фильтрация проводится перед утилизацией, то достаточно будет устранить стронций и другие примеси при наличии.