Инфомагістраль

Пастка для важких металів

Нову технологію знешкодження стічних вод створили в Уфі. При цьому вчені запозичили ідею в природи.

Фахівці з Інституту біології УНЦ РАН у пошуках дешевого та невибагливого способу для знешкодження токсичних стоків, які містять цинк, кадмій, мідь, хром і свинець, звернули увагу на вже давно відкритий феномен геохімічних бар’єрів. Це ділянки в грунтах чи геологічних шарах різноманітної глибини та протяжності, де через різні причини осідають ті чи інші хімічні елементи. Для важких металів у природних умовах це ділянки з лужною реакцією грунтових вод, наприклад, поклади вапняку. Там важкі метали перетворюються на нерозчинні інертні гідроксиди чи карбонати, і так активно, що навіть рослинам на лужних грунтах постійно не вистачає мікроелементів. А що коли на шляху стічних вод створити таку пастку?

Хіміки взялися за розрахунки — за концентраціями речовин і рН можна обчислити, скільки отрути осяде на дно з води, в яку насипано вапняк, що поставляє гідроксид-іон, відповідальний за лужну реакцію середовища. Виявилося, що ця осадова порода в стані вивести з обороту промислові кількості токсичних іонів. Результатом роботи став 600-метровий басейн із бетону, завширшки та завглибшки близько восьми метрів, на дні якого встановлені гратчасті контейнери з мармуровим щебенем. Стічні води мають постояти в ньому 12 годин, після чого їх можна сміливо направляти в ріки та озера. У воді, яка пройшла таке очищення, кількість розчинених металів-забруднювачів падає на 75—100 відсотків, так що іноді їх неможливо навіть визначити приладами, а рН лише трохи вище, ніж звичайно буває в природних водах. Для суспензії з гідроксидів отрутних, але дорогих металів через кожні 20 метрів на дні передбачені спеціальні заглиблення, щоб їхній осад потім було легко зібрати.

Повністю заправленого вапняком — а це 11 тисяч тонн — бар’єра вистачає на три роки. Щоб спорудження не втрачало ефективності, його розробники рекомендують іноді заміняти частину щебеню і змінювати місцями контейнери на початку та в кінці резервуару. Єдине, що потрібно від стічних вод, — достатня прозорість, щоб суспензії не засмічували резервуар, а цю умову можна забезпечити.

Учені вважають, що їхній винахід — хороша альтернатива складним і дорогим методикам очищення стічних вод.

І калюжа не буває без теорії

Деякі явища, відомі більшості уважних спостерігачів, для науки не існують доти, поки не будуть описані теоретично. Така доля спіткала й механізм розтікання густих суспензій. Нову теорію утворення цементної калюжі створено за підтримки РФФІ, повідомляє агентство «ІнформНаука».

Фахівець із текучості суспензій і порошків М.Ур’єв з Інституту фізичної хімії РАН виявив і теоретично довів новий механізм розтікання густих суспензій, таких, наприклад, як лава, рідкий бруд чи цементний розчин. Тепер учені по-іншому подивляться на зсуви грунтів під час землетрусів й багатьох інших природних і виробничих процесів.

Стара теорія розглядає суспензію як завись однакових часток правильної форми, які не взаємодіють із рідиною. В’язкість таким суспензіям надають взаємодії між частками. В міру розтікання суспензії твердою поверхнею, її структура порушується, і завись стає дедалі менш в’язкою, причому чим більше швидкість, тим менше в’язкість. Порушення структури — оборотний процес: коли течія припиниться, тобто її швидкість дорівнюватиме нулю, структура суспензії відновиться, а її в’язкість повернеться до початкового значення.

Реальні структуровані рідини далекі від ідеальних. Поверхня зважених часток неоднорідна, а форма неправильна, як і утворена ними структура. Тому густа рідина неоднорідна й тече не суцільним потоком, а сходинками. У процесі руху вона розшаровується: концентровані в’язкі шари перемежовуються рідкими й текучими. При цьому в’язка суспензія не розтікається твердою поверхнею, а сковзає по рідкому шару. Крім того, у в’язкому шарі може утворитися розрив. Усі ці події можна не тільки розрахувати теоретично, а й спостерігати добре озброєним оком за допомогою скануючої електронної мікроскопії. Коли потік, який розшарувався, нарешті зупиниться, його структура так і залишиться порушеною, до первісної вона вже не повернеться. Понад те, розтікання неідеальної суспензії щоразу відбувається по-різному, воно не відтворюється.

На думку М.Ур’єва, суттєво важливо те, що для більшості реальних систем характерний саме такий тип течії та розтікання. За таким механізмом сходять зсуви, розтікається лава, витікають із труб композитні матеріали. До речі, процес розтікання такого матеріалу, наприклад, бетону, чи його результат — застиглу бетонну калюжу, доводилося спостерігати кожній людині. Застиглі сходи видно чітко.

Описаний механізм течії кардинально змінює як методи оцінки текучих властивостей в’язких суспензій, так і практичні методи роботи з ними. Це важливо для вдосконалення різноманітних технологічних процесів за участю суспензій, таких, як перемішування, каталіз, трубопровідний транспорт, нанесення покриттів, отримання високонаповнених і високодисперсних багатокомпонентних композиційних матеріалів.

Хвилі на склі

Голландські вчені вперше побачили, як під дією потоку іонів на скляній поверхні виникають нанохвилі.

Років п’ятнадцять тому вчені помітили цікаве явище. Суть його в тому, що, коли підставити торець плаского зразка (наприклад, скляного) під іонний пучок і якийсь час потримати його в цьому положенні, то на поверхні зразка виникне хвиляста структура. Вченим із Делфтського технологічного університету на чолі з доктором Паулем Алкемадом уперше вдалося простежити весь процес у динаміці. Про це дослідження повідомило агентство «ІнформНаука».

Вважається, що нанорельєфи, які вдається створювати на поверхні підкладок із допомогою іонних пучків (а це трикутні ямки травлення і хвилі) будуть дуже корисні нанотехнологам і послугують їм як шаблони для синтезу різноманітних матеріалів. А щоб шаблони виходили такими, як треба, слід знати, як вони формуються. Наприклад, утворення хвилястого рельєфу пов’язане з дією двох чинників. З одного боку, бомбардування іонами спричиняє сильнішу корозію матеріалу саме на дні заглибин, тому вони поглиблюються. А з іншого, матеріал на схилах нагрівається через удари іонів і починає сповзати на дно. При цьому завжди вважалося, що хвилі переміщуються у напрямку джерела іонів.

«Наше дослідження засвідчило, що це не так. Насправді хвилі на склі переміщуються, як і хвилі на морі: у той бік, куди дме вітер, у даному разі іонний, — говорить Пауль Алкемад. — На мою думку, причина в тому, що схил заглибини, повернений до джерела іонів, одержує більше енергії і сильніше розм’якшується. Відповідно, тиск переміщує пласт цього матеріалу на вершину хребта або навіть скидає у наступну долину».

Куди причалював Ной

Пошуки Ноєвого ковчега на горі Арарат приречені на невдачу, оскільки Ной ніколи туди не причалював. На думку вірменського дослідника гори В.Халатова, сучасний Арарат — не те місце, що згадується в Біблії. Про це цікаве дослідження повідомляє агентство «ІнформНаука».

Історичний екскурс, що його здійснив учений, показав, що у старозавітні часи й навіть в епоху раннього Християнства не було географічної назви «гора Арарат», а було словосполучення «гори Араратські». Так називалася південна частина Вірменського нагір’я, розташована в межах сучасного Іракського Курдистану. Колись тут було Араратське царство, або Урарту, як називали його ассирійці. А оскільки царство було гористим і порівняно труднопрохідним з боку Ассирії, ассирійці гори між Урарту і своєю країною називали Урартійськими (Араратськими) горами. Назву «Арарат» або «Айрарат» використовували і для позначення однієї з великих областей історичної Вірменії, вотчини вірменських царів. Проте велику вірменську гору Масіс ніхто цим словом не називав. Назву «Арарат» вона дістала не раніше XIІ—XIII століть, тоді ж її почали асоціювати з біблійним Всесвітнім потопом і Ноєвим ковчегом.

У XI столітті Вірменія втратила свою державність, а в XII—XIII ст. сюди почали вчащати католицькі місіонери. Вражені величним виглядом гори, вони назву історичної області Айрарат, співзвучну з біблійними Араратськими горами, поширили також і на гору Масіс. Так само почало називати гору й місцеве вірменське духівництво. Коли 1828 року Ериванське ханство ввійшло до складу Росії, Масіс почали називати Араратом офіційно, і цей топонім здобув світове визнання. В Туреччині, на території якої розташована гора нині, її називають Агрі-Даг (величезна суха гора), але вірменська традиція досі зберегла стару назву гори — Масіс, що дослівно означає Мати-гора.

Арарат справді справляє приголомшливе враження. Масивний, величний, двоглавий, він стоїть окремо і має найбільшу відносну висоту серед усіх гір світу. Виділяється вона й сніговою шапкою, що не тане навіть улітку, у 43-градусну спеку. Не дивно, що значна частина населення Землі вважає Арарат біблійною горою, а Ноїв ковчег навіть прикрашав у 1918—1920 р. герб Республіки Вірменія. Проте пошуки залишків ковчега розпочали лише 1917 року і нічого, звісно, не знайшли, але в пресі весь час штучно підтримують міф про існування залишків ковчега на сучасному Арараті.

Проте серйозні вчені нашого часу, як і їхні колеги в давнину і Середньовіччя, розташовують Араратські гори та Ноїв ковчег в Іракському Курдистані, у трикутнику, утвореному озером Ван на півночі, річкою Тигр на південному заході та горою Джуді-Даг на сході. Якщо прийняти цю версію, масштаби Всесвітнього потопу стануть реальнішими. Згідно з науковими даними, три-чотири тисячі років тому мали місце сильні повені, що затопили південну – рівнинну або з незначною горбкуватістю – частину Межиріччя, а Ной зі своїм ковчегом урятувався в північній, найбільш підвищеній частині цього регіону, яка в той час називалася Араратськими горами. А теперішня гора Арарат розташована північніше від цих місць і ніякого відношення ні до біблійних подій, ні до месопотамських повеней не має.