CC BY
45
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 628.31
DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.747-756
Использование растительных отходов в очистке сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами
Олеся Александровна Самодолова, Александр Павлович Самодолов, Дмитрий Владимирович Ульрих, Татьяна Мопровна Лонзингер
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
(ЮУрГУ (НИУ)); г. Челябинск, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. Загрязнение окружающей среды — одна из глобальных экологических проблем современного мира. Основное направление возможного решения — переход к природоподобной экономике замкнутого цикла, где отходы одного производства используются в качестве сырья для другого производства.
Материалы и методы. В качестве сорбентов использовали отходы агропромышленного комплекса (АПК): лузгу конопли (чешуйки технической конопли, оставшиеся после обработки семян); солому — сухие стебли пшеницы, с полей Челябинской области, измельченные и прошедшие карбонизацию; лузгу гречихи гранулированную. Сорба-том являлись поверхностные сточные воды (СВ) урбанизированной территории г. Челябинска и кислый сток с одного из горнодобывающих предприятий Урала. Исследования взаимодействия в системе «сорбент - сорбат» выполняли в лабораторных условиях методом ограниченного объема при статической сорбции, когда поллютанты находились в жидкой фазе и приводились в контакт с неподвижным сорбентом в динамическом режиме на специальной установке, где загрязнители в подвижной жидкой фазе фильтровались через слой сорбента.
Результаты. В статических условиях лузга гречихи лучше сорбирует поллютанты из городского поверхностного стока. Эффективность очистки стока от ионов меди, железа, свинца и цинка составила 100 %. С увеличением темпера- ^ ® туры от 0 до 10-20 °С эффективность очистки увеличивается. Исключением является процесс сорбции ионов меди, (я о где максимальная эффективность достигается при низкой температуре 0 °С и минимальном времени контакта с з н сорбентом. В динамических условиях более эффективно применение лузги конопли, которая так же показала свою С к эффективность при сорбции поллютантов из кислого стока с территории горнометаллургического предприятия. До- Ж _ стигнутый эффект очистки стока от ионов алюминия, меди, свинца равен 100 %. Я Г
Выводы. Исследованные отходы АПК являются экологически безопасным и эффективным сорбционным материа- с 2 лом, позволяют извлекать тяжелые металлы (алюминий, медь, железо, свинец, цинк) из поверхностного стока город- .
ских поселений и стока горнодобывающих предприятий.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: сточные воды, сток горнодобывающих предприятий, лузга конопли, лузга гречихи, пшеничная
со со
У
солома, тяжелые металлы, водные объекты, сорбция, фильтрующая загрузка _ со
> -
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Самодолова О.А., Самодолов А.П., УльрихД.В., Лонзингер Т.М. Использование растительных a g отходов в очистке сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 5. С.747-756. О 5 DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.747-756 § (
Автор, ответственный за переписку: Дмитрии Владимирович Ульрих, [email protected]. § о
s "
О N
Use of plant waste in the treatment of heavy metal polluted § 2
wastewater d-
> 6
- h §
Olesya A. Samodolova, Aleksandr P. Samodolov, Dmitrii V. Ulrikh, c o
Tatiana M. Lonzinger
South Ural State University (National Recearch University) (SUSU) (NRU)); Chelyabinsk, Russian Federation
о |t —
d = >
CD CD
uo
ABSTRACT С M
3 ф
Introduction. Anthropogenic pollution is one of the global environmental issues of the modern world. The main approach
to solving this issue is the transition to a nature-like economy of a closed cycle where the waste of one production is not 1 ■
accumulated but used as raw material for the other production. The article considers the possibility of using three renewable ■ И
large tonnage byproducts of agro-industrial complex: technical hemp hulls, wheat straw (carbonized), and buckwheat hulls ¡jf ^
(granulated) for the manufacture of heavy metal sorbents (biosorbents). Biosorbents made of ecologically pure natural raw С с
materials can be used for treatment of surface wastewater of urban settlements and wastewater from the territory of mining ф ф
enterprises from heavy metals. The purpose of this article is to estimate the efficiency of wastewater treatment of heavy 01 01
metals (in particular, Al, Cu, Fe, Pb, and Zn). 2 2 Materials and methods. The sorbents in this study were made from agro-industrial byproducts: hemp hulls (by-product of
technical hemp processing); straw (dry wheat stalks from fields in Chelyabinsk Region, crushed and carbonized); granulated W W buckwheat hull. The sorbate was surface wastewater urbanized area from Chelyabinsk city and acid mine drainage from the
© О.А. Самодолова, А.П. Самодолов, Д.В. Ульрих, Т.М. Лонзингер, 2023 747
Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
Ural region mining enterprise. Laboratory studies of the interactions occurring in the sorbent-sorbate system were carried out using the limited volume method with static sorption, wherein the pollutants were in the liquid phase and brought into contact with a static sorbent and a dynamic test, wherein the pollutants in a mobile liquid phase were filtered through a layer of sorbent.
Results. The structure and surface composition of agro-industrial wastes such as hemp hulls, carbonized straw, and granulated buckwheat hulls (biosorbents) were studied. The obtained data confirmed the ecological safety of the studied materials. The main chemical elements in their composition are carbon, oxygen, potassium. The efficiency of sorption by the biosorbents in removing heavy metals from urban surface wastewater and mining-influenced water was determined. The research data showed that under static conditions, buckwheat hulls best absorb pollutants from urban surface wastewater, removing copper, iron, lead, and zinc ions from surface wastewater with 100 % efficiency. With the increase of temperature from 0 °C to 10-20 °C, the efficiency of purification also increases. An exception is the process of copper ions sorption, where the maximum efficiency is achieved at 0 °C with minimum sorbent contact time.
Under dynamic conditions, it is more effective to use hemp hulls, also showing its efficiency in removing pollutants from acid mine drainage — 100 % of aluminum, copper, and lead ions were removed.
Conclusions. The obtained results show that the examined agro-industrial byproducts are ecologically safe and effective sorption materials and allow extracting heavy metals (aluminum, copper, iron, lead, zinc) from urban surface and mining enterprises runoff.
KEYWORDS: wastewater, mining-influenced water, hemp hulls, buckwheat hulls, wheat straw, heavy metals, water bodies, sorption, filter media
FOR CITATION: Samodolova O.A., Samodolov A.P., Ulrikh D.V., Lonzinger T.M. Use of plant waste in the treatment of heavy metal polluted wastewater. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(5):747-756. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.747-756 (rus.).
Corresponding author: Dmitriy V. Ulrikh, [email protected].
W (0
N N
О О
N РЧ
in in К Ф U 3
> (Л
с и
U 09 . г во щ
¡1
<D <u
о ё
о
о о
CD <r ™ §
CO " « 2 СЯ с
£= о
CL ° с
Ю О
s «
о E
CO ^
CO CO
С W "8
il
о $ u >
ВВЕДЕНИЕ
Современный этап существования человечества называют цивилизацией отходов. Развитие промышленности в крупных городах, рост объемов производства в агропромышленным комплексе, развитие логистики и технологий, безусловно, улучшают качество жизни людей, но также приводят к неблагоприятным последствиям для окружающей среды. Образуются многотоннажные отходы, которые утилизируются в лучшем случае при помощи захоронения или при работе сельскохозяйственных предприятий, остаются на полях, усугубляя тем самым негативное воздействие на природные системы. Наиболее опасны кислые стоки с территорий предприятий горнодобывающего комплекса, в которых концентрация тяжелых металлов в сотни, а иногда и тысячи раз превышает экологические нормы.
Основное направление возможного решения проблемы — переход к природоподобной экономике замкнутого цикла, где отходы одного производства не накапливаются, а используются в качестве сырья для другого производства.
В настоящее время существует немало попыток найти применение различным видам растительных отходов: в пищевой промышленности (красители [1-5], растительное масло [6], добавки [7], субстраты для выращивания грибов [8], сырье для получения комплекса продуктов тонкого органического синтеза [9], производство этилового спирта [10, 11]); в сельском хозяйстве (кормовые добавки для животных и птиц [12-14], производство различных удобрений [15], мульчирующий материал [16]); в строительной отрасли (строительные материалы [17, 18]); в легкой промышленности (наполнители для постельных принадлежностей [19]); в целлюлозно-бумажном производстве (целлюлоза, нано-
целлюлоза [9]); использование в качестве топлива (топливные пеллеты [19]) и др. [19-23]. Есть положительный опыт применения отходов сельскохозяйственного производства (соломы, лузги конопли и др.) при ликвидации разливов нефти [24].
Уральский регион является не только территорией с крупными промышленными центрами, но и входит в число производителей значительного количества аграрной продукции (пшеницы, гречихи, овса, рапса, технической конопли). Поэтому для региона актуальна задача применения отходов агропромышленного комплекса (АПК) в качестве сорбентов для очистки сточных вод (СВ) предприятий горнодобывающего комплекса от тяжелых металлов и СВ с урбанизированных территорий, так как это позволит существенно улучшить экологическую ситуацию (утилизация многотоннажных отходов с полей, снижение концентрации загрязняющих веществ на территории предприятий и в окружающей среде) и снизить стоимость очистки (создание сорбента на основе дешевого сырья). Преимущество сорбентов из отходов АПК заключается в экологической безопасности. Сорбенты из экологически чистого природного сырья могут быть использованы для очистки поверхностных СВ городских поселений от тяжелых металлов. В крупных промышленных городах тяжелые металлы попадают в поверхностный сток из пыли и почвы, поэтому концентрация их незначительна, но перенос и накопление загрязнителей в городских водоемах и почвах разрушает экологическую среду и негативно влияет на здоровье населения.
Цель исследования — оценка эффективности использования трех отходов АПК: лузги конопли, пшеничной соломы, лузги гречихи (гранулированной) в качестве сорбента для очистки СВ предприятий горнодобывающего комплекса и СВ с урбанизированных территорий от тяжелых металлов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве сорбентов использовали отходы АПК: лузгу конопли (чешуйки технической конопли, оставшиеся после обработки семян), солому (сухие стебли пшеницы) с полей Челябинской области.
Лузга конопли представляет собой чешуйки технической конопли, оставшиеся после обработки семян конопли, материал применяли без дополнительной обработки.
Солома — сухие стебли пшеницы, собранные на полях Челябинской области, измельченные и прошедшие карбонизацию при температуре 80 °С в течение 10 мин.
Лузга гречихи (гранулированная) — это чешуйки, оставшиеся после обработки ядрышек гречихи. В исследовании использовалась гранулированная лузга. Процесс ее грануляции включает следующие стадии: измельчение, увлажнение, прессование при температуре 120 °С.
Внешний вид образцов представлен на рис. 1.
Рис. 1. Внешний вид образцов: a — лузга конопли; b — солома; c — лузга гречихи (гранулированная) Fig. 1. Biosorbent samples: a — hemp hulls; b — straw; c — buckwheat hulls (granulated)
Структуру и состав поверхности сорбентов изучали на электронном растровом микроскопе JEOL JSM-6460LV с приставкой для микрорентге-носпектрального анализа. Результаты микрорент-геноспектрального анализа поверхности образцов приведены в табл. 1.
Табл. 1. Результаты микрорентгеноспектрального анализа образцов, % Table 1. Results of X-ray microanalysis of the samples, %
Сорбент Sorbent C O K Mg Ca Si
Лузга конопли Hemp hulls 64,38 34,99 0,35 0,13 - 0,15
Солома Straw 40,96 40,22 1,98 - 0,57 16,27
Лузга гречихи Buckwheat hulls 54,26 44,25 0,77 0,42 0,30 -
< П
ID ID
s О
t H
3 X
s
3 G) X М
S С H о
• e
M _
о со
со
it i z
y 1
с_ cd
о r cd —
о
l cd
со
o en
з
C r
о a'
a _
S
о со
i z
o 2
m со
О
J^
Q. i
r en en
о о
i о
Ф 0
a l
r о-
CD )
¡Г Т
О
С s
3 i
n 00
1 ■
00 П
г
s □
s У
с 0
n я
„01 01
2 M
О о
10 10
u u
Анализ образцов показал, что основными химическими элементами в их составе являются экологически безопасные углерод, кислород, калий. В лузге конопли отсутствует кальций, в соломе — магний, а в лузге гречихи — кремний.
Для определения эффективности очистки СВ в качестве сорбата использовали поверхностные сточные (ливневые) воды урбанизированной тер-
Табл. 2. Химический состав сорбата Table 2. Chemical composition of the sorbate
ритории г. Челябинска и кислый сток с одного из горнодобывающих предприятий Урала. Химический анализ состава сорбата проводили методом атомно-эмиссионной спектрометрии на приборе OPTIMA 2100DV. Водородный показатель устанавливали на микропроцессорном рН-метре рН-150МИ. Результаты анализа представлены в табл. 2.
Элемент Element Al Cu Fe Pb Zn рн
Содержание в городском поверхностном стоке, мг/л Content in urban surface runoff, mg/l 0,17 0,004 0,75 0,02 0,06 6,66
Содержание в кислом стоке с территории горнодобывающего предприятия, мг/л Content in acidic runoff from the territory of a mining enterprise, mg/l 216,29 59,95 614,41 0,98 106,70 2,38
о о
N N
о о
N РЧ
1П 10
¡г и
U 3
> (Л
с и
НО 09
. г
00 щ
ф ф
О ig
Из табл. 2 видна высокая степень загрязнения СВ с территории горнодобывающего предприятия ионами железа, алюминия, цинка, меди, свинца. Величина водородного показателя 2,38 характерна для сильно кислой среды. Содержание тяжелых металлов в нейтральном стоке с городской территории в 50-800 раз ниже, чем в промышленном стоке. Выбор состава сорбатов позволяет провести исследование эффективности сорбентов в широком диапазоне концентраций.
Исследования взаимодействия в системе «сорбент - сорбат» выполнили в лабораторных условиях методом ограниченного объема при статической сорбции, когда поллютанты находились в жидкой фазе и приводились в контакт с неподвижным сорбентом в динамическом режиме на специальной установке, где загрязнители в подвижной жидкой фазе фильтровались через слой сорбента (рис. 2).
Сорбент помещали в лабораторный стакан, добавляли исследуемую пробу воды и оставляли на 3; 6; 9; 24; 168 ч при температуре окружающей среды 0; 10; 20 °С. При динамическом режиме сорбции скорость фильтрации составляла 0,3; 0,6; 1,2; 15 л/ч.
Изменение состава сорбата при взаимодействии с сорбентами определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии на приборе OPTIMA 2100DV (Perkin Elmer). В качестве фонового раствора применяли воду особой очистки, полученную на приборе очистки воды Simplicity UV.
Рис. 2. Установка для динамических испытаний Fig. 2. Installation for dynamic tests
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ эффективности очистки стока с территории горнодобывающего предприятия сорбентами в статических условиях в зависимости от температуры представлен в табл.3.
Табл. 3. Анализ степени извлечения поллютантов из пробы при различной t °С, % Table 3. Analysis of pollutant removal from samples at varying t °C, %
Сорбент Sorbent Элементы Elements Степень извлечения поллютантов из пробы при различной t °С, % Degree of extraction of pollutants from the sample, at different t °С, %
t = 0 °С t = 10 °С t = 20 °С
min max min max min max
Лузга конопли (городской сток) Hemp hulls (urban runoff) Al 41 88 35 94 53 94
Cu 100 100 100 100 100 100
Fe 80 93 40 97 88 93
Pb 0 50 0 100 60 85
Zn 0 67 33 95 33 93
Солома (городской сток) Straw (urban runoff) Al 18 76 6 94 82 88
Cu 100 100 100 100 100 100
Fe 79 81 45 75 57 77
Pb 0 50 0 100 0 0
Zn 67 67 50 67 33 67
Лузга гречихи (городской сток) Buckwheat hulls (urban runoff) Al 41 82 59 94 82 94
Cu 100 100 100 100 100 100
Fe 92 100 79 99 84 100
Pb 100 100 100 100 100 100
Zn 100 100 100 100 83 100
о о
CD <■ ™ §
(Л "
41 Ü
ел с
£= о
CL ° ^ с Ю О
s «
о E
CO ^
о
<л
(Л
il ф ф
со >
Окончание табл. 3 / End of the Table 3
Сорбент Sorbent Элементы Степень извлечения поллютантов из пробы при различной t °С, % Degree of extraction of pollutants from the sample, at different t °С, %
Elements t = 0 °С t = 10 °С t = 20 °С
min max min max min max
Al 67 74 75 79 80 85
Лузга конопли Cu 77 81 77 85 82 87
(кислый сток) Hemp hulls (acid mine drainage) Fe 80 90 81 88 80 88
Pb 78 89 77 82 67 77
Zn 75 85 72 78 70 75
В табл. 3 минимальные значения соответствуют трем часам контакта сорбента с сорбатом, максимальные значения — 168 ч. Как видно из табл. 3, после очистки стоков сорбентами концентрация поллютантов значительно уменьшилась или произошло полное извлечение загрязнителей. Исключение составляет процесс сорбции ионов меди, на эффективность которого температура и время практически не влияют. Уже при температуре 0 °С степень сорбции равна 100 %.
Из трех исследованных сорбентов наибольшую эффективность при очистке городского поверхностного стока в статических условиях от тяжелых металлов показала лузга гречихи (гранулированная). Степень сорбции из стока ионов меди, железа, свинца и цинка составила 100 %. Ионы алюминия
лузга гречихи сорбировала с эффективностью 94 %. Высокую сорбционную способность гранулированной лузги гречихи можно объяснить особенностями структуры, в процессе взаимодействия с сорбатом плотные прессованные гранулы увеличивают объем, что соответственно приводит к увеличению поверхности контакта. Повышение температуры не оказывает существенного влияния на эффективность процесса, так как развитая поверхность лузги гречихи обеспечивает высокую степень извлечения тяжелых металлов при 0 °С. Поэтому нет диффузионных затруднений для процесса адсорбции.
Для лузги конопли и соломы при очистке городского стока наблюдается снижение степени извлечения ионов свинца при повышении температуры с 10 до 20 °С. По-видимому, это связано с недостаточной
e е
(D (D
t О
iH
G Г
S С
Al Cu
■ 0,3 л/ч / l/h
■ 0,6 л/ч / l/h
Fe
1,2 л/ч / l/h 4,97 л/ч / l/h
Pb
Al
■ 0,3 л/ч / l/h
■ 0,6 л/ч / l/h
Cu
Fe
1,2 л/ч / l/h 15 л/ч / l/h
Al
Cu
Fe
Pb
0,15 л/ч / l/h
Al Cu
■ 0,3 л/ч / l/h
■ 0,6 л/ч / l/h
Fe
d
Pb
1,2 л/ч / l/h 7,2 л/ч / l/h
Zn
Рис. 3. Эффективность сорбции ионов тяжелых металлов при динамическом режиме фильтрования: а — лузга конопли; b — солома; c — лузга гречихи (гранулированная); d — лузга конопли (кислый сток)
Fig. 3. Sorption efficiency for ions of heavy metals in dynamic filtration tests: a — hemp hulls; b — straw; c — buckwheat hulls (granulated); d — hemp hulls (acid mine drainage)
0 со
n со
1 i У 1
J to
u-
^ I
n о
i 3 о
=! ( n
q
CO CO
о
n i
r 6
о о
С О
ф ) [[
® 8
л '
Ю DO
■ T
(Л У
с о (D Я
01 U1
2 2 О О 10 10 U W
b
a
с
о (О сч N о о
N РЧ
10 10
¡г <и
и 3
> (Л
С И
2 ""„
Ш 09
. г
00 Щ
II
<и ф
О ё
о
о о
СО <г ™ §
(Л "
41 Л
ся
С
£= о
£ ° ^ с ю о
& Ц
о Е
СП ^ т- ^
<л
(Л
С «я ■8
¡ЕЛ
и >
энергией связи поверхностных активных центров с ионами свинца. При повышении температуры происходит увеличение влияния процесса десорбции.
Наименее эффективно показала себя солома, для которой степень сорбции равна для железа 81 %, цинка — 67 %.
Из всех исследованных образцов солома обладает самой рыхлой структурой, в ходе эксперимента она не разбухала, площадь сорбирующей поверхности оставалась неизменной, что объясняет ее самую низкую эффективность при сорбции поллютантов.
Эффективность очистки городского поверхностного стока и кислого стока с территории горнодобывающего предприятия от тяжелых металлов в динамических условиях в зависимости от скорости фильтрации показана на диаграммах (рис. 3).
При динамическом режиме очистки стока с городской территории от ионов тяжелых металлов использование в качестве сорбента лузги конопли позволяет полностью удалить ионы алюминия, меди, свинца и 73,3 % ионов железа. Скорость фильтрования для сорбции ионов алюминия и меди не оказывает влияния на эффективность процесса. Сорбция ионов железа наиболее эффективна при скорости фильтрации 0,3-0,6 л/ч.
Использование соломы в качестве материала сорбционного фильтра эффективно для очистки стока от ионов алюминия и меди (эффективность сорбции 100 %), при этом концентрация ионов железа снижается на 64 %, сорбция ионов свинца и цинка не наблюдается.
Лузга гречихи полностью очистила сорбат от ионов меди и цинка, при очистке от ионов железа эффективность сорбции составляет 85 %, от ионов алюминия — 65 %. Проблемы возникли с очисткой от ионов цинка, ни один из образцов не справился с его извлечением в динамических условиях.
В динамическом режиме при взаимодействии кислого стока с территории горнометаллургического предприятия с лузгой конопли концентрация всех ионов тяжелых металлов снизилась, причем с увеличением скорости фильтрации количество сорбированных ионов уменьшается. Наибольшая эффективность сорбции для ионов железа составляет 56,4 %, ионов свинца — 38,6 %, ионов алюминия и меди — 18 %, ионов цинка — 14,4 %. По-видимому, воздействие сильной кислоты приводит к окислению органического материала и изменению энергетических характеристик активных центров на его поверхности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изучены структура и состав поверхности отходов АПК: лузги конопли; соломы, прошедшей карбонизацию; лузги гречихи гранулированной. Полученные данные подтвердили экологическую безопасность использованных материалов. Основными химическими элементами в их составе являются
углерод, кислород, калий. Определена эффективность сорбции лузгой технической конопли, пшеничной соломой, лузгой гречихи (гранулированной) тяжелых металлов из СВ урбанизированной территории и горнодобывающих предприятий.
Впервые исследования эффективности сорбентов из отходов АПК были проведены не на модельных растворах, содержащих один катион, а на реальных городских стоках и стоках промышленного предприятия, содержащих комплекс загрязнителей, концентрации которых меняются в широких пределах.
В литературных источниках имеются данные об использовании в качестве сорбентов экзотического растительного сырья (древесины папайи, листьев тута, древесины гивеи и т.д.) [25]. В статье приведено исследование растительного сырья, которое получается при производстве сельскохозяйственной продукции в регионе, где необходимо проводить экологические мероприятия по улучшению экологической обстановки.
Данные исследований показали, что в статических условиях лузга гречихи лучше сорбирует поллютанты из городского поверхностного стока. Эффективность очистки стока от ионов меди, железа, свинца и цинка составила 100 %. Исключением является процесс сорбции ионов меди, где максимальная эффективность достигается при низкой температуре 0 °С и минимальном времени контакта с сорбентом.
В динамических условия максимальный эффект достигнут при применении лузги конопли, которая также показала свою эффективность при сорбции поллютантов из кислого стока с территории горнодобывающего предприятия. Достигнутый эффект очистки стока от ионов алюминия, меди, свинца равен 100 %.
Исследования показали, что на степень извлечения тяжелых металлов лузгой конопли; соломой, прошедшей карбонизацию; лузгой гречихи гранулированной основное влияние оказывает величина поверхности сорбента и энергия активных центров, на которых происходит физическая адсорбция загрязнителей. Лузга гречихи по этим показателям превосходит сорбенты из соломы и лузги конопли.
Проведенные исследования продемонстрировали, что при выборе сорбента для очистки СВ необходимо учитывать химический состав стока и подбирать соответствующий стойкий к агрессивной среде отход АПК. Кроме того, следует учитывать экономические затраты при производстве конечного продукта. Перспективным является использование многокомпонентных сорбентов на основе отходов АПК, которые дают возможность с максимальной эффективностью применять преимущества исследованных материалов.
Полученные результаты показывают, что исследованные отходы АПК служат перспективным
экологически безопасным и эффективным сорбци-онным материалом, позволяют извлекать тяжелые металлы (алюминий, медь, железо, свинец, цинк)
в широком интервале концентраций из поверхностного стока городских поселений и стока с территории горнодобывающих предприятий.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Язев С.Г. Использование лузги гречихи в пищевом производстве // Наука и современность. 2014. № 34. С. 102-105.
2. ШкольниковаМ.Н., Кадрицкая Е.А. Обоснование использования лузги гречихи для получения функциональных пищевых красителей // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: «Процессы и аппараты пищевых производств». 2020. № 4 (46). С. 22-28. DOI: 10.17586/2310-1164-2020-10-4-22-28
3. Уразова Я.В., Бахолдина Л.А., Рожнов Е.Д. Выделение меланина из лузги гречихи посевной // Ломоносовские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и техники : сб. науч. ст. Междунар. конф. 2018. С. 970-972.
4. Кадрицкая Е.А., Школьникова М.Н., Кокорева Л.А., Ялунина Е.Н., Рожнов Е.Д. Обоснование состава кондитерской глазури с меланином из гречневой лузги // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2022. Т. 11. № 1 (57). С. 58-63. DOI: 10.46548/21vek-2022-1157-0011
5. Корпачева С.М., Чугунова О.В., Позняков-ский В.М. Использование порошка из лузги гречихи в рецептурах и технологии производства бисквитного полуфабриката // Индустрия питания Food Industry. 2021. Т. 6. № 4. С. 55-63. DOI: 10.29141/2500-1922-2021-6-4-6
6. Севодина Н.А., Ласко А.В., Школьникова М.Н. Перспектива использования гречневой лузги для получения растительного масла // Ломоносовские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и образования : сб. науч. ст. Междунар. конф. 2017. С. 1066-1067.
7. Семухин А.С. Обоснование выбора лузги гречихи как основного ингредиента для создания био-разлагаемой упаковки для пищевых продуктов // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых : сб. науч. ст. 3-й Всерос. науч. конф. перспективных разработок. 2022. Т. 3. С. 240-242.
8. Крамаренко М.В., Несмеянова А.В. Использование лузги гречихи в качестве субстрата для выращивания вешенки обыкновенной // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК : мат. Всерос. студ. науч.-практ. конф. 2022. С. 244-249.
9. Тарабанько В.Е., Гульбис Г.Р., Иванченко Н.М., Коропачинская Н.В., Кузнецов Б.Н. Исследование процессов переработки древесины и лиг-носульфонатов в продукты тонкого органического синтеза // Химия в интересах устойчивого развития. 1996. № 4-5. С. 405-417.
10. Жукова Ю.А., Мезенова О.Я. Технологии получения биоэтанола из пшеничной соломы //
Вестник Международной академии холода. 2011. № 4. С. 21-23.
11. Swain M.R., Singh A., Sharma A.K., Tuli D.K. Bioethanol production from rice- and wheat straw: An overview // Bioethanol Production from Food Crops. 2019. Pp. 213-231. DOI: 10.1016/B978-0-12-813766-6.00011-4
12. Леснов А.П., Леонтьев А.П., Никитен-ков А.И. Производство кормов из малоценного растительного сырья для КРС // Эффективное животноводство. 2009. № 9. С. 44-45.
13. Леснов А.П., Леонтьев А.П., Ковалев А.Н. Малоценное растительное сырье в биотехнологиях кормопроизводства // АПК ЮГ. 2011. № 5. С. 40-43.
14. Сергеенко Л.А., Логвинова А.С., Болтов-ский В.С. Подготовка соломы зерновых культур к биотехнологической переработке // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2020. № 1 (229). С. 173-182.
15. Алексеева Т.П., ВолковаЕ.С., НеъматовА.М. Эффективность соломы озимой пшеницы в системе удобрения проса // Экологические проблемы и пути их решения: естественнонаучные и социокультурные аспекты : сб. ст. по мат. VI Молодежной межрегиональной науч.-практ. конф. студентов, магистрантов и аспирантов. 2020. С. 84-85.
16. Рязанцева Н.В. Использование соломы для мульчирования поверхности почвы в посевах кукурузы // Агротехнологические процессы в рамках импортозамещения : мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 85-летию со дня рождения заслуженного работника высшей школы РФ. 2016. С. 63-64.
17. Засыпкина Е.М. Строительство домов из соломы // Вестник МИТУ-МАСИ. 2019. № 1. С. 15-17.
18. Замураев А.Л. Горячепрессованные соломенные блоки как экологически чистый, надежный и дешевый строительный материал // Молодой ученый. 2020. № 41 (331). С. 39-41.
19. Клинцевич В.Н., Флюрик Е.А. Способы использования лузги гречихи посевной // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2020. № 1 (229). С. 68-81.
20. Сомин В.А., Комарова Л.Ф., Куталова А.В. Исследования по использованию лузги гречихи для умягчения воды // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. № 2. С. 213-222. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-2-213-222
21. Кузнецова ЕА., Климова Е.В., Шаяпова Л.В. Производство порошка из гречневой лузги — путь к созданию безотходных высокоэффективных технологий // Зернобобовые и крупяные культуры.
e е
(D (D
t О
ÍH
G Г
S С
0 со
n CO
1 D
y 1
J со
u-
^ I
n о
D 3 о
=¡ ( n
q
CO CO
q
n a 0
r 6
о о
С о
CD )
ü ® 8 л ' Ю DO
■ T
s □
s У с о <D X
01 Ol
2 2 О О 2 2 W W
о о
N N О О N РЧ
liî 10 К (V U 3
> (Л
с и
НО 09 . г
со щ
и
ф ф
О ё
о
о о СО <г
s
Si §
(Л "
« ü ся
С
£= О
CL ° ^ с ю о
S3 «
о Е cS °
СП ^ т- ^
<л
(Л
С «Я
[il
il
CD ф СО >
мии. 2018. № 224. С. 256-272. DOI: 10.21266/20794304.2018.224.256-272
24. Сироткина Л.В., Новосёлова Н.Ю. Материалы для адсорбционной очистки воды от нефти и нефтепродуктов // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. № 3. С. 359-377.
25. Чирова В.С., Собгайда Н.Л., Рзазаде Ф.А. Сорбенты на основе отходов агропромышленного комплекса для очистки сточных вод // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 20. С. 263-266.
2021. № 1 (37). С. 69-75. DOI: 10.24412/2309-348X-2021-1-69-75
22. Bokhari S.M.Q., Chi K, Catchmark JM. Structural and physico-chemical characterization of industrial hemp hurd: Impacts of chemical pretreatments and mechanical refining // Industrial Crops and Products. 2021. Vol. 171. P. 113818. DOI: 10.1016/j.indcrop.2021.113818
23. Спицын А.А., Белоусов И.И., Турсунов Т.Б., Хен В.А. Термохимическая конверсия измельченной уплотненной растительной биомассы // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической акаде-
Поступила в редакцию 31 марта 2023 г. Принята в доработанном виде 7 апреля 2023 г. Одобрена для публикации 25 апреля 2023 г.
Об авторах: Олеся Александровна Самодолова — аспирант кафедры градостроительства, инженерных сетей и систем; Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ)); 454080, г. Челябинск, пр-т В.И. Ленина, д. 76; РИНЦ ID: 1124060; [email protected];
Александр Павлович Самодолов — аспирант кафедры градостроительства, инженерных сетей и систем; Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ)); 454080, г. Челябинск, пр-т В.И. Ленина, д. 76; РИНЦ ID: 1123411; [email protected];
Дмитрий Владимирович Ульрих — доктор технических наук, доцент, директор архитектурно-строительного института; Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ)); 454080, г. Челябинск, пр-т В.И. Ленина, д. 76; РИНЦ ID: 562874, ORCID: 0000-00026851-4257; [email protected];
Татьяна Мопровна Лонзингер — кандидат технических наук, научный сотрудник, доцент кафедры физико-химии материалов; Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ)); 454080, г. Челябинск, пр-т В.И. Ленина, д. 76; РИНЦ ID: 730964; [email protected].
Вклад авторов:
Самодолова О.А. — идея, сбор материала, написание исходного текста. Самодолов А.П. — идея, сбор материала, написание статьи.
Ульрих Д.В. — научное руководство, написание статьи, обобщение материала, доработка текста. Лонзингер Т.М. — обобщение материала, доработка текста. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Yazev S.G. The use of buckwheat husks in food production. Science and Modernity. 2014; 34:102105. (rus.).
2. Shkolnikova M.N., Kadritskaya E.A. Rationale for the use of buckwheat husk for the production of functional food colors. Processes and Food Production Equipment. 2020; 4(46):22-28. DOI: 10.17586/2310-1164-2020-10-4-22-28 (rus.).
3. Urazova Ya.V., Bakholdina L.A., Rozhnov E.D. Isolation of melanin from buckwheat husks. Lomonosov readings in Altai: fundamental problems of science and technology : collection of scientific articles of the international conference. 2018; 970-972. (rus.).
4. Kadritskaya E.A., Shkolnikova M.N., Koko-reva L.A., Yalunina E.N., Rozhnov E.D. Substantiation of the composition of confectionery glaze with melanin from buckwheat husk. 21 century: Results of the Past
and Problems of the Present plus. 2022; 11(1):58-63. DOI: 10.46548/21vek-2022-1157-0011 (rus.).
5. Korpacheva S.M., Chugunova O.V., Poznya-kovskiy V.M. Use of buckwheat hull powder in sponge cake semi-finished product formulations and production technology. Food Industry. 2021; 6(4):55-63. DOI: 10.29141/2500-1922-2021-6-4-6 (rus.).
6. Sevodina N.A., Lasko A.V., Shkolnikova M.N. The prospect of using buckwheat husks to produce vegetable oil. Lomonosov readings in Altai: fundamental problems of science and technology : collection of scientific articles of the international conference. 2017; 1066-1067. (rus.).
7. Semukhin A.S. Rationale for the choice of buckwheat husk as the main ingredient for the creation of biodegradable packaging for food products. Innovative potential for the development of society:
the view of young scientists: a collection of scientific articles of the 3rd All-Russian Scientific Conference of Advanced Developments. 2022; 3:240-242. (rus.).
8. Kramarenko M.V., Nesmeyanova A.V. The use of buckwheat husk as a substrate for growing oyster mushrooms. Scientific research of students in solving urgent problems of the agro-industrial complex : materials of the All-Russian student scientific and practical conference. 2022; 244-249. (rus.).
9. Tarabanko V.E., Gulbis G.R., Ivanchen-ko N.M., Koropachinskaya N.V., Kuznetsov B.N. Study of the processing of wood and lignosulfonates into products of fine organic synthesis. Chemistry for Sustainable Development. 1996; 4-5:405-417. (rus.).
10. Zhukova Yu.A., Mezenova O.Ya. Technologies for obtaining bioethanol from wheat straw. Bulletin of the International Academy of Cold. 2011; 4:21-23. (rus.).
11. Swain M.R., Singh A., Sharma A.K., Tuli D.K. Bioethanol production from rice- and wheat straw: An overview. Bioethanol Production from Food Crops. 2019; 213-231. DOI: 10.1016/B978-0-12-813766-6.00011-4
12. Lesnov A.P., Leontiev A.P., Nikitenkov A.I. Production of feed from low-value vegetable raw materials for cattle. Effective Animal Husbandry. 2009; 9:44-45. (rus.).
13. Lesnov A.P., Leontiev A.P., Kovalev A.N. Low-value vegetable raw materials in the biotechnologies of fodder production. APK YUG. 2011; 5:40-43. (rus.).
14. Sergeyenko L.A., Logvinova A.S., Boltov-skiy V.S. Grain crops straw preparing for biotechno-logical processing. Proceeedings of BSTU. Issue 2, chemical engineering, biotechnology, geoecology. 2020; 1(229):173-182. (rus.).
15. Alekseeva T.P., Volkova E.S., Nema-tov A.M. Efficiency of winter wheat straw in the system millet fertilizers. Ecological problems and ways of their solution: natural scientific and socio-cultural aspects : collection of articles based on materials of the VI Youth Interregional Scientific and Practical Conference of Students, Undergraduates and Postgraduates. 2020; 84-85. (rus.).
16. Riazantseva N.V. Straw application for soil surface mulching in maize. Agrotechnological processes in the framework of import substitution: materi-
Received March 31, 2023.
Adopted in revised form on April 7, 2023.
Approved for publication on April 25, 2023.
BioNOTEs: Olesya A. Samodolova — postgraduate student of the Department of Urban Planning, Engineering Networks and Systems; South Ural State University (National Recearch University) (SUSU) (NRU)); 76 Lenin prospekt, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation; ID RSCI: 1124060; [email protected];
Aleksandr P. Samodolov — postgraduate student of the Department of Urban Planning, Engineering Networks and Systems; South Ural State University (National Recearch University) (SUSU) (NRU)); 76 Lenin prospekt, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation; ID RSCI: 1123411; [email protected];
als of the International scientific and practical conference dedicated to the 85th anniversary of the honored worker of the higher school of the Russian Federation. 2016; 63-64. (rus.).
17. Zasypkina E.M. Construction of houses from straw. Bulletin of MITU-MASI. 2019; 1:15-17. (rus.).
18. Zamuraev A.L. Hot-pressed straw blocks as an environmentally friendly, reliable and cheap building material. Young Scientist. 2020; 41(331):39-41. (rus.).
19. Klintsavich V.N., Flyurik E.A. Methods of use of buckwheat husband sowing. Proceeedings of BSTU. Issue 2, chemical engineering, biotechnology, geoecology. 2020; 1(229):68-81. (rus.).
20. Somin V.A., Komarova L.F., Kuta-lova A.V. Study of buckwheat husk application for water demineralisation. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2020; 10(2):213-222. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-102-213-222 (rus.).
21. Kuznetsova E.A., Klimova E.V., Shayapo-va L.V., Shuvaeva E.G., Fesenko A.N. Production of buckwheat husk powder is the way to create waste-free, highly efficient technologies. Legumes and Groat Crops. 2021; 1(37):69-75. DOI: 10.24412/2309-348X-2021-1-69-75 (rus.).
22. Bokhari S.M.Q., Chi K., Catchmark J.M. Structural and physico-chemical characterization of industrial hemp hurd: Impacts of chemical pretreat-ments and mechanical refining. Industrial Crops and Products. 2021; 171:113818. DOI: 10.1016/j.ind-crop.2021.113818
23. Spitsyn A.A., Belousov I.I., Tursunov T.B., Hen V.A. Thermochemical conversion of grinded pressed plant biomass. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii. 2018; 224:256-272. DOI: 10.21266/2079-4304.2018.224.256-272 (rus.).
24. Sirotkina L.V., Novosyolova N.Yu. Materials for adsorption purification of water from oil and oil products. Chemistry for Sustainable Development. 2005; 13(3):359-377. (rus.).
25. Chirova V.S., Sobgayda N.L., Rza-zade F.A. Sorbents based on waste from the agro-industrial complex for wastewater treatment. Bulletin of the Kazan Technological University. 2015; 18(20):263-266. (rus.).
e е
<D (D
t О
iH G Г
S С
0 со
n CO
1 D
y 1
J to
u-
^ I
n о
D 3 о
=¡ ( n
q
CO CO
q
n
r 6
о о
С о
CD ) [[
® 8
л '
Ю DO
■ T
(Л У
с о <D X U1 U1
2 2 О О 2 2 W W
Dmitrii V. Ulrikh — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Institute of Architecture and Civil Engineering; South Ural State University (National Recearch University) (SUSU) (NRU)); 76
Lenin prospekt, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation; ID RSCI: 562874, ORCID : 0000-0002-6851-4257; [email protected];
Tatiana M. Lonzinger — Candidate of Technical Sciences, Researcher, Associate Professor of the Department of Physical Chemistry of Materials; South Ural State University (National Recearch University) (SUSU) (NRU));
76 Lenin prospekt, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation; ID RSCI: 730964; [email protected].
Author contributions:
Olesya A. Samodolova — provided ideas for the study, collected materials, and wrote the source text. Aleksandr P. Samodolov — provided ideas for the study, collected materials, and assisted in writing the article. Dmitrii V. Ulrikh — provided scientific supervision, assisted in writing the article, provided a summary of the collected materials, and finalized the text.
Tatiana M. Lonzinger — assisted in summarizing the collected materials and finalizing the text. The authors declare no conflict of interest.
W (0
N N
o o
N N
in in
* 0
U 3
> in
E M
(ID 09
. r
CO Q
¡1
<D <u
o S
o
o o
CD <r ™ §
CO "
22 £ <»
£= o
CL ° • c Ln O
s «
o E cS °
CD ^
CO CO
il
CD CD
CO >
