CC BY
415
УДК 628.358
Э. М. Зайнутдинова (к.б.н., доц.), Г. Г. Ягафарова (д.т.н., проф.)
Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием водных растений
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра прикладной экологии 450112, Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел.(347) 2431737, e-mail: [email protected]
E. M. Zaynutdinova, G. G. Yagafarova
Sewage treatment from ions of heavy metals with use of water plants
Ufa State Petroleum Technical University 1, Kosmonavtov Str., Ufa, 450062, Russia, ph. (347) 2431737, e-mail: [email protected]
Установлено, что водные растения валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis) и кладофора шаровидная (Cladophora aegagropila) являются эффективными аккумуляторами ионов тяжелых металлов, таких как железо, медь, цинк. Выявлено, что при совместном культивировании вышеназванных растений эффект очистки воды от ионов тяжелых металлов более высокий, при этом коэффициент биологического поглощения (КБП) составляет для железа — 850, для меди — 300, цинка — 1310. Данные растения рекомендуется использовать для доочистки сбрасываемых сточных вод в водные объекты на специально оборудованном биоплато.
Ключевые слова: биоплато; водные растения; доочистка; ионы тяжелых металлов.
It is established that water plants Vallisneria spiralis and Cladophora aegagropila are effective accumulators of heavy metals ions, such as iron, copper, zinc. It is revealed that at joint cultivation of the above-named plants effect of water purification from heavy metals ions is higher, thus the coefficient of biological absorption (CBA) for iron is — 850, for copper -300, zinc - 1310. These plants are recommended to use for treatment of dumped sewage in water objects on specially equipped bioplateau.
Key words: treatment; bioplateau; water plants; ions of heavy metals.
Проблемы водопользования на промышленных предприятиях могут быть решены путем применения биоплато, которые представлены водно-воздушными растениями (рогоз, тростник, камыш и т.д.). Они используются на мелководьях, в непосредственной близости с населенными пунктами, часто в зоне подтопления водохранилищ или рек. Однако недостаточно очищенные сбрасываемые сточные воды в черте городов часто попадают в русловые участки рек и водоемы, загрязняя их. Эта проблема может быть решена с помощью биогид-роботанического метода на основе использования погруженных видов высшей водной растительности. Поскольку сточные воды часто характеризуются сложным химическим составом и повышенной кислотностью, выбор видов водной растительности является актуальным. Эта задача требует подбора видов макрофитов,
Дата поступления 05.09.13
эффективно удаляющих загрязняющие вещества в различных экологических условиях, способных выдерживать повышенную щелочность или кислотность сточных вод химичес-
" 1
ких и других предприятии '.
В связи с этим целью работы явилось исследование, анализ и применение биогидро-ботанического способа доочистки производственных сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием двух видов водных растений: валлиснерии спиральной (Vallisneria spiralis) (рис. 1) и кладофоры шаровидной (Cladophora aegagropila) (рис. 2). В соответствии с целью были поставлены и решены следующие задачи:
— изучить особенности изменения концентраций ионов тяжелых металлов (железа, меди, цинка) в сточных водах в присутствии кладофоры и валлиснерии;
— исследовать способность кладофоры и валлиснерии к аккумуляции ионов тяжелых металлов (железа, меди, цинка).
Культивирование растений проводили в колбе путем погружения. Срок культивирования составил 30 суток. В качестве загрязняющих веществ использовали соли тяжелых металлов, таких как медь, цинк, железо. Начальная концентрация ионов тяжелых металлов бралась на основе изученных литературных данных, наиболее приближенная к естественным условиям вод после химической очистки (железо — 2.5 мг/л; медь — 0.5 мг/л; цинк — 1.2 мг/л). Для анализа пробы воды отбирались еженедельно.
Рмс. 1. Кладофора шаровидная (Cladophora aegagropila)
метрии. С этой целью растения предварительно высушивались и сжигались по методике 3. Для оценки способности к аккумулированию ионов тяжелых металлов рассчитывался коэффициент биологического поглощения (КБП) как отношение содержания элемента в воде к
4
его содержанию в золе водного растения .
Результаты исследований
На первом этапе работы изучались особенности изменения содержания ионов тяжелых металлов (железа, меди, цинка) в сточных водах при отдельном культивировании кладофоры и валлиснерии. В ходе проведения эксперимента получена положительная динамика снижения концентрации ионов тяжелых металлов в воде. Установлено, что концентрация железа уменьшилась с 2.5 мг/л до 0.03 мг/л, цинка — с 1.2 мг/л до 0.01 мг/л, меди — с 0.5 мг/л до 0.02 мг/л. Причем очистка от цинка более эффективна, чем от железа и меди. В результате исследований установлено, что минимальное время очистки воды до рыбо-хозяйственных нормативов составило для цинка — 23, для железа — 25 и для меди — 27 сут.
При проведении аналогичных опытов с валлиснерией получены следующие результаты: содержание железа за 23 сут снизилось с 2.5 мг/л до 0.03 мг/л, меди за 28 сут — с 0.5 мг/л до 0.03 мг/л, цинка за 26 сут - с 1.2 мг/л до 0.09 мг/л. Таким образом, использование вал-лиснерии при очистке воды от ионов тяжелых металлов несколько ниже, чем при культивировании кладофоры.
При совместном культивировании кладофоры и валлиснерии в модельных водах достигнуты следующие показатели: содержание цинка — 0.01 мг/л, железа — 0.02 мг/л, меди — 0.01 мг/л (рис. 3).
Рис. 2. Валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis )
Также производилось совместное культивирование валлиснерии и кладофоры при соотношении массы 1:1. В качестве контроля использовалась исследуемая вода без растений. Концентрация ионов тяжелых металлов в воде определялась согласно стандартным методикам 2. Содержание ионов тяжелых металлов в кладофоре и валлиснерии проводили с помощью метода рентгенофлуоресцентной спектро-
Рис. 3. Изменение концентрации ионов тяжелых металлов от времени при совместном культивирования кладофоры и валлиснерии
Таблица 1
Коэффициент биологического поглощения (КБП) при культивировании кладофоры и валлиснерии
Ионы тяжелых металлов Кладофора Валлиснерия Совместное культивирование кладофоры и валлиснерии
медь 290 103 300
железо 160 340 850
цинк 130 126 1310
Анализ фитомассы растений кладофоры и валлиснерии свидетельствует об аккумуляции ионов тяжелых металлов. При отдельном культивировании кладофоры более высокий коэффициент биологического поглощения отмечался у меди по сравнению с железом и цинком (табл. 1). Напротив, у валлиснерии более высокий показатель у железа (табл. 1). При совместном культивировании растений аккумуляция ионов тяжелых металлов несколько выше и составляют для меди — 300, для железа — 850, для цинка — 1310 (табл.1).
Таким образом, при культивировании валлиснерии спиральной (Vallisneria spiralis) и кладофоры шаровидной (Cladophora aega-gropila) достигается высокий эффект очистки до нормативных показателей от ионов тяжелых металлов, таких как железо, медь, цинк. При этом происходит аккумуляция данных ионов тяжелых металлов в фитомассе вышеназванных растений. Применение водных растений для доочистки сбрасываемых сточных вод в водоемы позволит значительно защитить окружающую среду от экотоксикантов.
Литература
1. Кузнецов А. Е. Прикладная экобиотехнология. Т.2.— М., 2012.- 485 с.
2. Лурье Ю. Ю., Рыбникова А. И. Сборник методик химического анализа производственных сточных вод.- М.: Министерство электронной промышленности СССР, 1976.- 97 с.
3. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация определения содержания токсичных элементов: ГОСТ 26929-94. Введ. 21.02.1995.- М.: Изд-во стандартов, 1991.- 25 с.
4. Ермаков И. П. Физиология растений.- М.: Академия, 2005.- 635 с.
References
1. Kuznetsov A. E. Prikladnaya ekobiotehnologiya. T.2.— Moscow, 2012.- 485 p.
2. Lur'e Yu. Yu., Rybnikova A. I. Sbornik metodik khimicheskogo analiza proizvodstvennykh stochnykh vod.- Moscow: Ministerstvo elektronnoi promyshlennosti SSSR, 1976.- 97 p.
3. Syr'e i produkty pischevye. Podgotovka prob. Mineralizaciya opredeleniya soderzhaniya toksichnykh elementov: GOST 26929-94. Vved. 21.02.1995.- Moscow: Izd-vo standartov, 1991.- 25 p.
4. Ermakov I. P. Fiziologiya rastenii.- Moscow: Akademiya, 2005.- 635 c.
