Инфомагистраль

Ловушка для тяжелых металлов

Новую технологию обезвреживания сточных вод создали в Уфе. При этом ученые позаимствовали идею у природы.

Специалисты из Института биологии УНЦ РАН в поисках дешевого и неприхотливого способа для обезвреживания токсичных стоков, содержащих цинк, кадмий, медь, хром и свинец, обратили внимание на уже давно открытый феномен геохимических барьеров. Это участки в почвах или геологических пластах различной глубины и протяженности, где по разным причинам осаждаются те или иные химические элементы. Для тяжелых металлов в естественных условиях это области с щелочной реакцией грунтовых вод, например залежи известняка. Там тяжелые металлы превращаются в нерастворимые инертные гидроксиды или карбонаты, да так активно, что даже растениям на щелочных почвах постоянно не хватает микроэлементов. А что если на пути сточных вод создать такую ловушку?

Химики взялись за расчеты — по концентрациям веществ и рН можно вычислить, сколько яда осядет на дно из воды, в которую насыпан известняк, поставляющий гидроксид-ион, ответственный за щелочную реакцию среды. Оказалось, что эта осадочная порода в состоянии вывести из оборота промышленные количества токсичных ионов. Итогом работы стал 600-метровый бассейн из бетона, шириной и глубиной около восьми метров, на дне которого установлены решетчатые контейнеры с мраморным щебнем. Сточные воды должны постоять в нем 12 часов, после чего их можно смело отпускать в реки и озера. В воде, которая прошла такую очистку, количество растворенных металлов-загрязнителей падает на 75—100 процентов, так что иногда их невозможно даже определить приборами, а рН лишь немногим выше, чем обычно бывает в природных водах. Для взвеси из образовавшихся гидроксидов ядовитых, но дорогих металлов через каждые 20 метров на дне предусмотрены специальные углубления, чтобы их осадок потом было легко собрать.

Полностью заправленного известняком — а это 11 тысяч тонн — барьера хватает на три года. Чтобы сооружение не теряло эффективности, его разработчики рекомендуют иногда заменять часть щебня и менять местами контейнеры в начале и конце резервуара. Единственное, что требуется от сточных вод, — достаточная прозрачность, чтобы взвеси не засоряли резервуар, а это условие можно обеспечить.

Ученые считают, что их изобретение — хорошая альтернатива сложным и дорогим методикам очистки сточных вод.

И лужи не бывает без теории

Некоторые явления, известные большинству внимательных наблюдателей, для науки не существуют до тех пор, пока не будут описаны теоретически. Такая судьба постигла и механизм растекания густых взвесей. Новая теория образования цементной лужи создана при поддержке РФФИ, сообщает агентство «ИнформНаука».

Специалист по текучести суспензий и порошков Н.Урьев из Института физической химии РАН обнаружил и теоретически доказал новый механизм растекания густых взвесей, таких, например, как лава, жидкая грязь или цементный раствор. Теперь ученые по-иному взглянут на оползни, сдвиги грунтов при землетрясении и многие другие природные и производственные процессы.

Старая теория рассматривает суспензию как взвесь не взаимодействующих с жидкостью одинаковых частиц правильной формы. Вязкость таким взвесям придают взаимодействия между частицами. По мере растекания взвеси по твердой поверхности ее структура нарушается, и взвесь становится все менее вязкой, причем чем больше скорость, тем меньше вязкость. Нарушение структуры — обратимый процесс: когда течение прекратится, то есть его скорость станет равной нулю, структура суспензии восстановится, а ее вязкость вернется к первоначальному значению.

Реальные структурированные жидкости далеки от идеальных. Поверхность взвешенных частиц неоднородна, а форма неправильна, как и образуемая ими структура. Поэтому густая жижа неоднородна и течет не сплошным потоком, а ступенями. В процессе движения она расслаивается: концентрированные вязкие слои перемежаются жидкими и текучими. При этом вязкая взвесь не растекается по твердой поверхности, а скользит по жидкому слою. Кроме того, в вязком слое может образоваться разрыв. Все эти события можно не только рассчитать теоретически, но и наблюдать хорошо вооруженным глазом с помощью сканирующей электронной микроскопии. Когда расслоившийся поток наконец остановится, его структура так и останется нарушенной, к первоначальной она уже не вернется. Более того, растекание неидеальной суспензии каждый раз происходит по-разному, оно невоспроизводимо.

По мнению Н.Урьева, существенно важно то, что для большинства реальных систем характерен именно такой тип течения и растекания. По такому механизму сходят оползни, растекается лава, вытекают из труб композитные материалы. Кстати, процесс растекания такого материала, например, бетона, или его результат, застывшую бетонную лужу, приходилось наблюдать каждому человеку. Застывшие ступеньки видны отчетливо.

Описанный механизм течения кардинально меняет как методы оценки текучих свойств вязких взвесей, так и практические методы работы с ними. Это существенно для усовершенствования различных технологических процессов с участием суспензий, таких, как перемешивание, катализ, трубопроводный транспорт, нанесение покрытий, получение высоконаполненных и высокодисперсных многокомпонентных композиционных материалов.

Волны на стекле

Голландские ученые впервые увидели, как под действием потока ионов на стеклянной поверхности возникают нановолны.

Лет пятнадцать назад ученые заметили интересное явление. Суть его в том, что, если подставить торец плоского образца (например, стеклянного) под ионный пучок и некоторое время подержать его в этом положении, то на поверхности образца возникнет волнистая структура. Ученым из Делфтского технологического университета во главе с доктором Паулем Алкемадом впервые удалось пронаблюдать весь процесс в динамике. Об этом исследовании сообщило агентство «ИнформНаука».

Считается, что нанорельефы, которые удается создавать на поверхности подложек с помощью ионных пучков (а это треугольные ямки травления и волны) будут очень полезны нанотехнологам и послужат им в качестве шаблонов для синтеза всевозможных материалов. А чтобы шаблоны получались такими, как надо, следует знать, как они формируются. Например, образование волнистого рельефа связано с действием двух факторов. С одной стороны, бомбардировка ионами приводит к более сильной коррозии материала именно на дне ущелий, поэтому они углубляются. А с другой, материал на склонах нагревается из-за ударов ионов и начинает сползать на дно. При этом всегда считалось, что волны перемещаются в направлении источника ионов.

«Наше исследование показало, что это не так. На самом деле, волны на стекле перемещаются, как и волны на море: в ту сторону, куда дует ветер, в данном случае ионный, — говорит Пауль Алкемад. — По моему мнению, причина в том, что склон ущелья, повернутый к источнику ионов, получает больше энергии и сильнее размягчается. Соответственно, давление перемещает слой этого материала на вершину хребта или даже сбрасывает в следующую долину».

Куда причаливал Ной

Поиски Ноева ковчега на горе Арарат обречены на неудачу, потому что Ной никогда туда не причаливал. По мнению армянского исследователя горы В.Халатова, современный Арарат — не то место, которое упоминается в Библии. Об этом интересном исследовании сообщает агентство «ИнформНаука».

Предпринятый ученым исторический экскурс показал, что в ветхозаветные времена и даже в эпоху раннего христианства не было географического названия «гора Арарат», а было словосочетание «горы Араратские». Так называлась южная часть Армянского нагорья, расположенная в пределах современного Иракского Курдистана. Когда-то здесь находилось Араратское царство, или Урарту, как называли его ассирийцы. А поскольку царство было гористым и сравнительно труднопроходимым со стороны Ассирии, то ассирийцы горы между Урарту и своей страной называли Урартийскими (Араратскими) горами. Название «Арарат» или «Айрарат» использовали и для обозначения одной из больших областей исторической Армении, вотчины армянских царей. Но великую армянскую гору Масис никто этим словом не называл. Название «Арарат» она получила не ранее XII—XIII веков, тогда же ее начали ассоциировать с библейским Всемирным потопом и Ноевым ковчегом.

В XI веке Армения утратила свою государственность, а в XII—XIII вв. сюда зачастили католические миссионеры. Пораженные величественным видом горы, они название исторической области Айрарат, созвучное с библейскими Араратскими горами, распространили также на гору Масис. Так же стало называть гору и местное армянское духовенство. Когда в 1828 году Эриванское ханство вошло в состав России, Масис стали называть Араратом официально, и этот топоним получил мировое признание. В Турции, на чьей территории находится гора сейчас, ее называют Агри-Даг (громадная сухая гора), но армянская традиция до сих пор сохранила прежнее название горы — Масис, что дословно означает Мать-гора.

Арарат действительно производит ошеломляющее впечатление. Эта отдельно стоящая гора — массивная, величавая, двуглавая, имеет наибольшую относительную высоту среди всех гор мира. Выделяется она и снежной шапкой, которая не тает даже летом, в 43-градусную жару. Неудивительно, что большая часть населения Земли считает Арарат библейской горой, и Ноев ковчег даже украшал в 1918—1920 гг. герб Республики Армения. Однако поиски остатков ковчега предприняли только в 1917 году и ничего, естественно, не нашли, но в печати все время искусственно поддерживают миф о существовании остатков ковчега на современном Арарате.

Тем не менее, серьезные ученые нашего времени, подобно своим коллегам древности и средневековья, помещают Араратские горы и Ноев ковчег в Иракском Курдистане, в треугольнике, образуемом озером Ван на севере, рекой Тигр на юго-западе и горой Джуди-Даг на востоке. Если принять эту версию, размеры Всемирного потопа станут более реальными. По научным данным, три — четыре тысячи лет назад произошли сильные наводнения, которые затопили южную, равнинную и холмистую часть Междуречья, а Ной со своим ковчегом спасся в северной, наиболее возвышенной части этого региона, которая в то время называлась Араратскими горами. А нынешняя гора Арарат находится севернее этих мест и никакого отношения ни к библейским событиям, ни к месопотамским наводнениям не имеет.