ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТОРФА КОЗУЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 661.152.4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТОРФА КОЗУЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ при очистке сточных вод

П. С. Соловьева, О. А. Есякова

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп, им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: Olga-LA83@mail.ru

В материалах представлены исследования возможности использования сорбционных свойств торфа при очистке сточных вод от загрязняющих веществ. Являясь источником гуминовых кислот, торф может быть применен при снижении концентрации тяжелых металлов в сточных водах. Проведена механохимическая активация торфа Шадринского месторождения Козульского района Красноярского края с выделением гуминовых кислот. Обоснованы их сорбирующие свойства по отношению к ионам тяжелых металлов.

Ключевые слова: торф, гуминовые кислоты, очистка сточных вод, механохимическая активация

THE USE OF SORPTION PROPERTIES OF THE KOZULSKOYE PEAT DEPOSIT

IN WASTEWATER TREATMENT

P.S. Solovyova, O.A. Esyakova

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: Olga-LA83@mail.ru

The materials present studies of the possibility of using the sorption properties of peat in the treatment of wastewater from pollutants. Being a source of humic acids, peat can be used in the technology of reducing the concentration of heavy metals in wastewater. Mechanochemical activation of peat from the Shadrinsky deposit of the Kozulsky district of the Krasnoyarsk Territory with the release of humic acids was carried out. Their sorbing properties with respect to heavy metal ions are substantiated.

Keywords: peat, humic acids, wastewater treatment, mechanochemical activation

Анализ Государственных докладов о состоянии окружающей среды и статистических данных показал, что сточные воды ряда отраслей промышленности, как гальваническое, химическое, горнодобывающее, металлургическое производство, содержат в своем составе высокие концентрации ионов тяжелых металлов, включая цинк, медь, кобальт, никель, свинец, хром и прочие. Сброс промышленных сточных вод непосредственно в водные объекты влечет за собой риск загрязнения водной экосистемы. В тоже время, прямой сброс в канализационную систему может негативно сказаться на осуществлении биологической и химической стадии очистки сточных вод [1]. Учитывая объем поступающих загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты, 321,6 млн. м3 в год, потенциально можно оценить динамику накопления тяжелых металлов донных отложениях и гидробионтах водной среды. Среди основных загрязнителей водных объектов на территории Красноярского края можно выделить ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель», АО «РУСАЛ

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2

Ачинск», АО «Енисейская ТГК (ТГК13)»- Красноярская ГРЭС-2, ЗАО «Новоенисейский ЛХК» [1].

В настоящее время находят применение множество различных химических и физико-химических методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающих в себя химическое осаждение, окисление, ионный обмен, мембранную фильтрацию, обратный осмос, технологии электрохимической обработки. Однако большинство из этих методов имеют ряд существенных недостатков, таких как высокое шламообразование, низкая эффективность очистки, высокие эксплуатационные и капитальные затраты [2].

При этом, наиболее распространенными для очистки сточных вод от тяжелых металлов являются методы, основанные на ионном обмене и сорбции. В промышленности широко используют фильтрующие элементы на основе ионитов. Принцип их работы основан на замещении и связывании подвижных ионов в матрице растворенными в воде ионами тяжелых металлов. В качестве фильтрующих материалов применяют синтетические и природные иониты, такие как цеолиты [3].

В тоже время, по современным представлениям торф является природным сорбентом и может выступать в качестве ионообменного агента. Установлено повышенное сродство к ионам тяжёлых металлов - Си, Zn, С°, №. По своей ёмкости обмена, торф относится к группе ионообменных с высокой степенью поглощения нефтепродуктов [4]. В связи с этим, большое внимание уделяется использованию торфа для очистки сточных вод, как промышленных, так и бытовых. В Красноярском крае использование торфа на очистных сооружениях сточных вод особенно перспективно, в связи с его доступностью, дешевизной и высоким уровнем механизации торфодобычи.

В качестве объекта исследования выступал торф из залежей Шадринского месторождения Козульского района Красноярского края. Для изучения его состава и свойств использованы стандартные и апробированные методики и аппараты с высокими метрологическими характеристиками. Химический состав минеральной части торфа определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой ICP-MS. Предварительно пробу торфа озоляли при 815±10 °С, а золу полностью переводили в раствор смесью минеральных кислот. Общая характеристика торфа представлена в табл. 1.

Общая характеристика торфа Шадринского месторождения

Таблица 1

Наименование показателя

Значение показателя

Тип торфа

низинныи

Вид

осоковый

Степень разложения, %

15-20

Массовая доля влаги, %

80,60

Зольность, %

36,15

Кислотность рНн2о

4,96

Содержание органического вещества. %

20,76

Содержание гуминовых веществ, %

43,50

Микроэлементы, мг/л

Мп

Си

2п

0,1353 0,0391 0,0345

Тяжелые металлы, мг/л

И8 Л8 N1 РЬ

са

8г

0,0088 0,0153 не обнаружен не обнаружен не обнаружен не обнаружен

Высокое содержание гуминовых кислот в образце позволило продолжить исследования в направлении решения задач очистки промышленных сточных вод. Однако в исходном состоянии торф обладает недостаточной сорбционной активностью, что послужило поиском метода повышения сорбционных свойств. В качестве образца сточных вод был создан имитационный образец с повышенной концентрацией марганца и стронция.

Активацию гуминовых кислот проводили кислотной обработкой (соляной и щавелевой) с последующей деминерализацией. Наряду с кислотной проводилась щелочная активация гуминовых кислот. Очистка промышленных сточных вод механоактивными образцами торфа повышает их сорбционную активность по отношению к марганцу и стронцию на 17 %. Концентрация фиксированных элементов в сточных водах до и после очистки торфяным реагентом представлены в табл. 2.

Таблица 2

Состав сточных вод до и после очистки торфом_

Элемент Концентрация элемента в сточной воде, мг/л

исходная вода после применения после применения после применения

реагента реагента реагента щелочной

солянокислой щавелевокислой обработки

обработки обработки

Mn 2,58 2,14 0,96 2,37

Sr 3,76 3,16 1,47 3,52

Эффективность применения торфяного реагента составила для снижения в сточной воде концентрации марганца и стронция на 63 и 61 % соответственно. Установлено, что применение щавелевой кислоты является оптимальным условием нейтрализации производственных сточных вод. В дальнейшем планируется расширение перечня удаляемых загрязняющих веществ из стоков.

Библиографические ссылки

1. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае в 2020 году». - Красноярск, 2021. - 327 с.

2. Филатова, Е. Г. Обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 2015. - № 2 (13). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-tehnologiy-ochistki-stochnyh-vod-ot-ionov-tyazhelyh-metallov-osnovannyh-na-fiziko-himicheskih-protsessah

3. Дампилова, Б. В. Исследование извлечения цеолитовым туфом ионов La, Pr, Yb из смешанных растворов методом симплекс-решетчатого планирования / Б. В. Дампилова, Э.Л. Зонхоева // Сорбционные и хроматографические процессы, 2012. - Т. 12. - № 3. - С.439-444.

4. Каменщиков, Ф. А. Нефтяные сорбенты = Oil sorbent products / Ф. А. Каменщиков, Е. И. Богомольный. - Москва ; Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, 2005. - 268 с.

© Соловьева П.С., Есякова О. А., 2022