Российские и белорусские ученые предложили новый метод очистки подземных вод от железа. Исследование показало, что использование огнеупорной глины в качестве фильтра повышает эффективность очистки воды до 78%, превращая подземную воду в безопасную питьевую. Работа была опубликована в Journal of Environmental Chemical Engineering.

Подземные воды – один из наиболее чистых природных источников питьевой воды. При этом в них часто превышено содержание металлов, железа, марганца и др. Так, например, содержание железа может превышать 40 мг на литр, при том что, согласно рекомендациям ВОЗ, максимально допустимое содержание – 0,2 мг на литр. Соответственно, такая вода требует очистки.

На сегодняшний день наиболее популярным методом промышленной очистки воды и удаления железа является окисление кислородом либо другими сильными окислителями – перекисью водорода, перманганатом калия, хлором, озоном, в результате чего образуется нерастворимый осадок, который задерживается фильтрами, а впоследствии попадает в канализацию. В качестве наполнителей фильтра, как правило, используются гранулированный кварцевый песок, угли или гранитная крошка. Для повышения качества очистки они дополнительно вымачиваются в солях металлов с последующими высушиванием и высокотемпературной обработкой. Такой подход является очень энерго- и времязатратным.

Метод, известный как «горение растворов» (solution combustion synthesis), считается более эффективной альтернативой с точки зрения экологичности процесса, энергозатрат и времени синтеза (до 10 минут против 6-24 часов при использовании других известных методов). В основе процесса – самоподдерживающаяся экзотермическая реакция (горение) смеси компонентов в водном растворе. Химическая реакция интенсивно распространяется в растворе, и по мере того как она угасает, формируются конечные продукты, то есть происходит единый процесс горения и получения материалов. Данный метод имеет также ряд других преимуществ, включая низкую стоимость и доступность необходимых химикатов, надежность и возможность применения для синтеза различных наноматериалов.

Ученые НИТУ «МИСиС» и Института общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси предложили новый подход к очистке грунтовых вод. В качестве фильтрующего наполнителя исследователями был выбран отход огнеупорного шамота (одной из разновидностей глины), модифицированный оксидом железа с помощью метода горения растворов. Исследователи выяснили, что модификация поверхности шамота позволяет повысить эффективность очистки грунтовых вод от железа до 78% в зависимости от концентрации модификатора.

«Полученные материалы до 3 раз эффективнее используемых в настоящее время на станциях водоподготовки. Временные затраты на процесс модификации поверхности фильтрующего наполнителя – до 30 раз ниже, чем у аналогов, расходы реагентов ниже до 10 раз, а энергозатраты – до 100 раз за счет того, что используемые реакции являются экзотермическими и самоподдерживающимися», – говорит автор исследования, сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Валентин Романовский.

По его словам, основной целью ученых было сделать процесс очистки воды максимально экологичным. Для этого в качестве источника железа для модификации огнеупорной глины исследователи использовали отходы станций обезжелезивания подземных вод, содержание железа в которых достигает 60%.

В случае промышленного внедрения метода на таких станциях возможно создать замкнутый цикл, используя железо, оставшееся от очищенной воды, в качестве модификатора фильтрующего материала для следующей очистки.