CC BY
35
УДК 579.66
М. В. Вдовина, Л. И. Матус, Е. Э. Нефедьева, К. И. Шайхиева
ИЗУЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА (II) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОМАССЫ ELODEA CANADENSIS
Ключевые слова: фиторемедиация, Elodea canadensis, ионы железа, удаление.
Определена возможность удаления ионов железа (II) из водных растворов с использованием в качестве фито-ремедианта Elodea Canadensis. Найдено, что степень удаления ионов Fe(II) из водных растворов составила более 90 %.
Keywords: phytoremediation, Elodea canadensis, iron ions, removal.
The possibility of removal of iron ions (II) from aqueous solutions using as fitoremedianta Elodea Canadensis. Found that the removal rate of the ions Fe (II) from aqueous solutions is more than 90 %.
Проблема загрязнения водных ресурсов является актуальной в связи с продолжающимся ростом антропогенной нагрузки на природную среду. В списках приоритетных загрязняющих веществ одно из первых мест занимают ионы тяжелых металлов (ИТМ), соединения которых не подвергаются деструкции в водоеме, а лишь изменяют формы миграции [1]. Обладая высокой способностью к биоаккумуляции, последние быстро включаются в пищевые цепи и накапливаются в организмах видов, находящихся на высоких трофических уровнях, включая человека.
В последнее время для удаления поллютан-тов, в том числе и ИТМ, широкое распространение находит фиторемедиация - метод удаления загрязнителей из водной среды различными частями водных растений [2, 3].
Для фиторемедиации наиболее пригодны водные растения, которые обладают следующими важными функциями с точки зрения очистки воды:
1) фильтрационная (способствуют осаждению взвешенных веществ);
2) поглотительная (поглощают биогенные элементы, некоторые органические вещества);
3) накопительная (способны накапливать некоторые металлы и трудно разлагаемые органические соединения);
4) санитарная (обладают бактерицидными свойствами);
5) окислительная (в процессе фотосинтеза обогащают воду кислородом);
6) детоксикационная (способные накапливать ток-
сичные вещества и превращать их в нетоксичные) [4].
В данной работе для фиторемедиация исследовалась элодея канадская (Elodea Canadensis), которая обладает большой скоростью накопления биомассы [5, 6] и поглотительной способностью [7, 8]. В качестве поллютанта исследовались ионы Fe2+.
Эксперимент состоял из двух частей. Первоначально образцы Elodea Canadensis помещались в 3 емкости с питательной средой Кноппа с концентрацией ионов Fe2+ 10 мг/дм3 и 100 мг/дм3 и контрольным образцом, не содержащим названные ионы. Время инкубации составило 4 недели. Через
определенные промежутки времени определялось остаточная концентрация ионов Fe(II) в растворе.
По окончании эксперимента образцы Elodea Canadensis извлекались из среды инкубации, высушивались при температуре 105 оС, гомогенизировались. Ионы железа (II) извлекались концентрированной соляной кислотой. Перед определением раствор разбавлялся, чтобы масса ионов железа (II) в пробе воды объемом 500 мл составляла от 0,08 мг до 2,00 мг.
Массовая концентрация ионов железа (II) в водных растворах определялась фотометрическим методом, основанным на измерении интенсивности светопоглощения окрашенного в оранжево-красный цвет комплексного соединения железа (II) с о-фенатролином при длине волны X = 540 нм в интервале рН = 3,5-4,5.
Оптическая плотность раствора определялась спектрофотометром марки «UNICO 2100». Использовали кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 30 мм.
Градуировочная характеристика зависимости среднего значения оптической плотности от массы ионов железа (II) аппроксимируется линейной функцией вида
,
где Д - среднее значение оптической плотности гра-дуировочного раствора; К, а - коэффициенты гра-дуировочной зависимости; m - масса ионов железа (II) в градуировочном растворе, мг.
Масса ионов железа (II), мг, рассчитывалась по формуле:
где щ - масса ионов железа (II), мг; Д - среднее значение оптической плотности анализируемой пробы; a, K - градуировочные коэффициенты, рассчитанные методом наименьших квадратов.
Массовая концентрация ионов железа (II), X, мг/дм3, рассчитывалась по формуле:
х =
mi ■1000
VT
npQ'Jbl
где ш1 - масса ионов железа (II), мг; Упробы - объем пробы, взятый для анализа, см3; 1000 - коэффициент
3 3
пересчета см в дм .
Проведенными анализами остаточного сот- 2+
держания ионов Ре в модельных растворах выявлено, что степень удаления исследуемых ионов железа превышает 90 % (табл. 1). В то же время отмечено, что с увеличением концентрации ионов Бе(П) в растворе повышается и содержание последних в биомассе элодеи. Следует отметить, что некоторое количество ионов железа содержится и в самой сухой биомассе растения.
Таблица 1 - Значения содержания ионов железа в растворах и биомассе элодеи
Концентрация ионов железа, мг/дм3 Степень
в модель- в элодее в растворе очистки,
ной жид- после 4 х после 4 х %
кости недель, мг/г недель
сух. массы культиви-
рования
контроль 0,043 - -
10 0,376 0,74 92,6
100 1,016 3,64 96,4
Визуально отмечено, что малая концентрация ионов железа в модельном растворе (10 мг/дм3), в котором находились образцы элодеи, способствует интенсификации прироста биомассы растения, что видно из приведенных на рис. 1 фотографиях.
В то же время более высокая концентрация ионов железа в модельном растворе способствует угнетению растения, снижению прироста биомассы по сравнению с контрольным образцом. Тем не менее, остаточная концентрация ионов железа в растворе невысока. Данное обстоятельство, по всей видимости, связано с выделением элодеей в процессе жизнедеятельности кислорода, который окисляет присутствующие в воде ионы Бе(П) в ионы Бе(Ш). Косвенным доказательством данному обстоятельству служит наличие на дне экспериментального сосуда светло-коричневого нерастворимого осадка, по всей видимости, Бе(ОН)3.
Рис. 1 - Внешний вид растений элодеи после четырех недель эксперимента
Таким образом, показана возможность поглощения ионов железа малой концентрации из водных сред биомассой растения Elodea Canadensis, что позволяет расширить в дальнейшим области экспериментов.
Литература
1. Т.А. Прокопенко, С.В. Степанова, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 8, 60-64 (2011).
2. Н.А. Собгайда, Л.Н. Ольшанская, А.В. Стоянов, Экология и промышленность России, 2, 53-56 (2011).
3. Н.А. Собгайда, Ю.А. Тарушкина, Л.Н. Ольшанская, Химическое и нефтегазовое машиностроение, 3, 18-21 (2008).
4. С.С. Тимофеева, С.С. Тимофеев, Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии, 48, 136- 145 (2012).
5. М.В. Вдовина, В.П. Мишта, Е.Э. Нефедьева, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 17, 3, 184-186 (2014).
6. Л.Г. Бондарева, О.П. Калякина, Журнал Сибирского Федерального университета. Химия, 3, 269-276 (2008).
7. Abida Begum, S. HariKrishna, International Journal of ChemTech Research, 2, 1, 250-254 (2010).
8. Чан Хоан Куок, И.В. Мельник, М.И. Карапун, Вестник Астраханского Государственного Технического Университета. Серия: Рыбное Хозяйство, 2, 63-68 (2011).
© М. В. Вдовина - магистрант каф. промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Волгоградского госуд. тех-нич. ун-та, шаг1у231091@уап(1ех.ги; Л. И. Матус - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; Е. Э. Нефедьева - д-р биол. наук, проф. той же кафедры; К. И. Шайхиева - студ. каф. инженерной экологии КНИТУ.
