Metody usuwania jonów kadmu i ołowiu z roztworów wodnych

• Autorzy: Kasprzyk P. , Sanak-Rydlewska S.

Warianty tytułu

EN

Methods of cadmium and lead ions removal from aqueous solutions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zostaną przedstawione metody eliminacji jonów kadmu i ołowiu z roztworów wodnych. Wśród nich wymiana jonowa staje się coraz popularniejszą metodą usuwania zanieczyszczeń ze ścieków przemysłowych. Za tą metodą przemawiają: prostota procesu, niska energochłonność oraz możliwość selektywnego rozdziału zanieczyszczeń. Wymieniacz jonowy używany w procesie można wielokrotnie stosować, bowiem można go poddawać regeneracji. Stosowanie kolumn jonowymiennych umożliwia także budowę modułową linii technologicznej oczyszczania ścieków oraz szybką wymianę modułów według potrzeb technologicznych i składu ścieków. Wymianę jonową można rozpatrywać jako proces membranowy, gdzie membraną jest powierzchnia ziarna – będąca selektywnie przepuszczalną dla wymienianych jonów. W artykule przedstawiono badania laboratoryjne dotyczące wpływu wybranych parametrów procesu na wydajność wymiany jonowej dla jonów kadmu i ołowiu. Pierwiastki te według polskiego prawodawstwa uznane są za substancje szczególnie szkodliwe i mają działanie kancero- i mutagenne. Najwyższa koncentracja tych pierwiastków występuje na terenach uprzemysłowionych oraz na terenach miejskich. Mogą one pochodzić z przemysłu metalurgicznego, produkcji baterii i akumulatorów, ze spalania paliw kopalnych lub produkcji tworzyw sztucznych. Emisja kadmu i ołowiu do środowiska wodnego odbywa się poprzez odprowadzanie wód kopalnianych czy ścieków z przemysłu hydrometalurgicznego lub z galwanizerni. Badania własne wskazują, że eliminacja jonów Pb i Cd najkorzystniej zachodzi w roztworach o pH około 4 i utrzymuje się na wysokim poziomie w zakresie kwaśnego środowiska. Jonit Purolite C-160 umożliwia osiągnięcie współczynnika wydzielania (X) około 99% dla kadmu – tabela 1, natomiast współczynnik ten dla jonów ołowiu nie przekracza 97% – tabela 2.

EN

This article presents the methods of cadmium and lead ions removal from aqueous solutions. The ion exchange method is becoming a more and more popular method of removing impurities from wastewater. The main advantages of this method are: process simplicity, low energy consumption and the possibility of the selective separation of pollutants. The ion exchanger used in the process could be regenerated, therefore, it could be used repeatedly. The use of ion-exchange columns also allows for the modular construction of the process line and the rapid replacement of modules according to the technological needs and composition of the wastewater. Ion exchange can be seen as a membrane process in which the grain surface acts as a membrane – which is selectively permeable to the exchanged ions. The article presents laboratory studies on the influence of the ion exchange process parameters on the efficiency of cadmium and lead ion exchange. These elements are suspected of carcinogenicity and teratogenicity, and according to Polish Legislation, are considered to be harmful substances. The highest concentration of these elements occurs in industrialized areas and in urban areas. They may come from the hydrometallurgical industry, the production of batteries and accumulators from the burning of fossil fuels and the production of plastics. The emission of cadmium and lead into the aquatic environment is done through the discharge the mine water and wastewater from the hydrometallurgical industry and from electroplating. Experiments show that the elimination of Pb and Cd ions preferably occurs in aqueous solutions with a pH around 4. Ion exchange resin Purolite C-160 allows a removal coefficient (X) in the range of about 99% for cadmium to be achieved – Table 5.1, while the same coefficient for lead ions does not exceed 97% – Table 5.2.

Słowa kluczowe

PL

wymiana jonowa; jony kadmu; jony ołowiu; Purolite C160

EN

ion exchange process; cadmium ions; lead ions; Purolite C160

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 94
• Strony: 205--215
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kasprzyk P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Sanak-Rydlewska S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Bansal, R.Ch. i Goyal, M. 2009. Adsorpcja na węglu aktywnym. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 480 s.
• [2] Bielański, A. 2006. Podstawy chemii nieorganicznej t. 1. Warszawa: Polskie Wydawnictwo Naukowe, Ibidem, 334 s.
• [3] Bonda i in. 2007 – Bonda, E., Włostowski, T. i Krasowska, A. 2007. Metabolizm i toksyczność kadmu u człowieka i zwierząt. Kosmos – Problemy Nauk Biologicznych 56, s. 87–97.
• [4] Bożęcka, A. 2013. Usuwanie jonów metali toksycznych z roztworów wodnych za pomocą odpadów organicznych. Praca doktorska. Kraków, Biblioteka AGH.
• [5] Bożęcka i in. 2013 – Bożęcka, A., Bożęcki, P., Kasprzyk, P. i Sanak-Rydlewska, S. 2013. Removal of Pb2+ ions from model aqueous solutions using the exchange method. Inżynieria i Aparatura Chemiczna 52(44), Łódź, s. 152–155.
• [6] Bożęcka i in. 2014 – Bożęcka, A., Bożęcki, P., Kasprzyk, P. i Sanak-Rydlewska, S. 2014. Charakterystyka i możliwości zastosowania jonitów w technologii wody i ścieków. Innowacyjne i przyjazne dla środowiska techniki i technologie przeróbki surowców mineralnych: bezpieczeństwo – jakość – efektywność. KOMAG, Instytut Techniki Górniczej, Gliwice, s. 353–368.
• [7] Charerntanyarak, L. 1999. Heavy metals removal by chemical coagulation and precipitation. Water Science and Technology 39, s. 135–138.
• [8] Czeczot, H. i Skrzycki, M. 2010. Kadm – pierwiastek całkowicie zbędny dla organizmu. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej 64, s. 38–49.
• [9] Durska, G. 2001. Stężenie ołowiu i kadmu w organizmie kobiet rodzących i noworodków oraz ocena ich wpływu na rozwój fizyczny dziecka. Annales Academiae Medicae Stetinensis 47, s. 49–60.
• [10] Gala A., Sanak-Rydlewska S. 2011a. A comparison of Pb2+ sorption from aqueous solutions on walnut shells and plum stones. Polish Journal of Environmental Studies (a) 20, 4, s. 877–883.
• [11] Gala A., Sanak-Rydlewska S. 2011b. Removal of Pb2+ ions from aqueous solutions on plum stones crushed to particle size below 0,5 mm. Archives of Mining Sciences 56, 1, s. 71–80.
• [12] Galus, Z. 1996. Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. Warszawa: Wydawnictwa Naukowe PWN, 356 s.
• [13] Inczendy, J. 1979. Równowagi kompleksowania w chemii analitycznej. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 297 s.
• [14] Kasprzyk, P. 2014. Zastosowanie wybranych wymieniaczy jonowych do usuwania jonów ołowiu z roztworów wodnych. Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie (praca magisterska niepublikowana), Kraków.
• [15] Krzywy, I., Krzywy, E., i in. 2010. Ołów – czy jest się czego obawiać. Annales Academiae Medicae Stetinensis 56/2, s. 118–128.
• [16] Materiały informacyjne firmy Purolite.
• [17] Minczewski, J. i Marczenko, Z. 2008. Chemia analityczna. t. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 427 s.
• [18] Ostrowska, P. 2008. Kadm, występowanie, źródła zanieczyszczeń i metody recyklingu. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 24, s. 255–260.
• [19] Pigoń, K. i Ruziewicz, Z. 1993: Chemia fizyczna. t. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 325 s.
• [20] Pourbaix, M. 1966. Atlas of electrochemical equilibria in aequos solution. Pergamon Press, Brussels, s. 414–484.
• [21] Purolite sp. z o.o., 2007. Gdynia.
• [22] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 stycznia 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzeniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. z 2009 r., Nr 27, Poz. 169).
• [23] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 roku w sprawie warunków jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. z 2014 r., poz. 1800).
• [24] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 listopada 2015 roku w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U., z 2015 r., poz. 1989).
• [25] Sanak-Rydlewska, S. 2008. Wykorzystanie wymiany jonowej do oczyszczania ścieków, Przemysł Chemiczny 87/5, s. 563–565.
• [26] Seńczuk, W. 2005. Toksykologia współczesna. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 888 s.
• [27] Seńczuk, W. i Weglarzy, K. 2007. Metale ciężkie – źródła zanieczyszczeń i ich wpływ na środowisko. Wiadomości Zootechniczne R XLV, 3, s. 31–39.
• [28] Skoczyńska i in. 2002 – Skoczyńska, A., Poręba, R., Sieradzki, A., Andrzejak, R. i Sieradzka, U. 2002. Wpływ ołowiu i kadmu na funkcje układu immunologicznego. Medycyna Pracy 53/3, s. 259–264.
• [29] Skoczyńska i in. 2007 – Skoczyńska, A., Gruber, K., Belowska-Bień, K. i Młynek, V. 2007. Ryzyko chorób układu krążenia u pracowników huty szkła narażonych na działanie ołowiu. Medycyna Pracy 58, s. 475–483.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.