Изучение возможности применения модифицированных сорбентов для очистки сточных вод от белковых веществ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.32:54

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ

Н.Н. Жамская; С.А. Машкова; Л.С. Бянкина; Н.П. Шапкин, Дальрыбвтуз, Владивосток

Исследованы процессы сорбции белка из сточных вод пищевых предприятий с применением модифицированных цеолитов и вермикулитов на завершающей стадии. Рекомендованы к использованию для доочистки сточных вод от белковых веществ следующие сорбенты: цеолит, модифицированный 3%-ным

хитозаном; вермикулит и цеолит, модифицированные ферроферрицианидными комплексами (Рв01з +К4Рв(0Ы)б]).

Цель работы - изучение возможности применения новых сорбентов для доочистки СВ от белков и оценка эффективности их применения для улучшения экологической ситуации водных объектов.

Основным водным объектом, принимающим неочищенные сточные воды (СВ), является Японское море, его бухты и заливы вдоль береговой полосы. В заливы Японского моря ежегодно сбрасывается от 420 до 450 млн м3 вод, содержащих 97 % загрязняющих веществ. В настоящее время в Приморском крае находится на учете 171 очистное сооружение с проектной производительностью 237,3 млн м3/г., с фактической нагрузкой 111,2 млн м3/г., в том числе очистных сооружений биологической очистки - 95 шт.; очистных сооружений механической очистки - 61 шт.; - очистных сооружений физико-химической очистки -15 шт. Обеспечивают нормативную очистку сточных вод лишь 19 очистных сооружений с проектной производительностью 103,9 млн м3/г., фактической нагрузкой 45,3 млн м3/г. [1]. Поэтому разработка технологий очистки СВ и утилизации промышленных отходов немыслима без включения в технологический процесс стадии доочистки СВ на сорбентах, так как применяемые на водоочистных сооружениях технологии очистки не позволяют сегодня получить чистую воду, соответствующую нормам ПДК, кроме того, теряются дополнительные высококачественные продукты.

Анализ литературных данных позволяет сделать вывод, что наиболее перспективным и рациональным для доочистки сточных вод является использование природных алюмосиликатов (цеолита, вермикулита, глин) после изменения физической и химической природы поверхности последних [2]. С этой целью для получения модифицированных сорбентов были использованы цеолит Чугуевского и вермикулит Кошкаровского месторождений Приморского края. Впервые в качестве модификатора нами был использован хитозан со

степенью дезацетилирования 85 %, полученный на предприятии «Восток-Бор».

Как было показано ранее, совместное модифицирование хитозаном и феррицианидным комплексом природных сорбентов: цеолита и

вермикулита - позволило соединить нежесткость хитозановой пленки и сродство металлцианидных комплексов к пептидам. Наиболее перспективны в технологическом отношении композиционные сорбенты, имеющие одновременно свойства нескольких компонентов: емкость цеолита, низкий удельный вес и бездиффузионность вермикулита, высокая емкость по аминогруппам, пластифицирующая и склеивающая способность хитозана. Для получения композиционных сорбентов использовали цеолит, вермикулит и хитозан. Сравнительный анализ образцов показал, что наилучшей сорбционной способностью обладают сорбенты с содержанием вермикулита 40 %. При дальнейшем увеличении его содержания наблюдается падение сорбции, что связано со стерическими затруднениями при осаждении частиц вермикулита на гранулу цеолита. Хитозан в сорбенте играет роль одновременно модификатора и клея, который закрепляет вермикулит на поверхности цеолита.

Для повышения эффективности очистки СВ предлагается технология на основе электрохимических и сорбционных методов. Они сочетают в себе компактность, наименьшую зависимость от внешних условий, выгодно отличаются дешевизной и экологической безопасностью, предусматривают использование вторичных ресурсов. Такое сочетание нивелирует недостатки каждого из методов и позволяет интенсифицировать процессы очистки СВ. В качестве объектов исследования были взяты СВ рыбокомбината (производство фарша минтая), сточные воды хладокомбината и мясокомбината г. Владивостока. Уровень загрязнения и степень очистки контролировали по величинам ХПК (табл. 1).

Таблица 1

ХПК сточных вод в зависимости от метода их очистки

Методы очистки У ровень загрязнения

ХПК ХПК ХПК

рыбокомбината мясокомбината хладокомбината

Исходные СВ 350 475 575

Коагуляция 304 403 517

Электрофлотация 161 213 258

Сорбция 87,5 118 143

Результаты опыта показали, что снижение ХПК в статических условиях происходит и на 70 % (по белку на 58 %), что недостаточно для повторного использования воды в технологических процессах. Поэтому для дальнейших исследований в качестве фильтра нами были использованы модифицированные сорбенты, а в качестве

сорбата - промывные воды фарша минтая. Концентрация белка после стадии электрофлотации СВ составляла ~ 1 мг/мл. Доочистку сточных вод проводили на природных и модифицированных алюмосиликатах (13 сорбентов). Результаты исследований представлены в табл. 2.

Таблица 2

Сорбции белка из промывных вод производства фарша минтая на модифицированных и природных сорбентах при исходной концентрации, равной 1,00 мг/мл

№ образца Вид сорбента Равновесная концентрация ср, мг/мл Максимальная сорбция а, мг/г

1 Цеолит + Ре2(304)з + К4[Ре(СЫ)б1 0,37 8

2 Цеолит + К4[Ре(СЫ)б1+ Ре2(Э04)з 0,28 17

3 Цеолит + СиЭ04 0,54 23

4 Цеолит + Си Э04 + К4[Ре(СЫ)б1 0,22 32

5 Цеолит + РеС1з + К4[Ре(СЫ)б1 0,32 44

6 Исходный цеолит 0,42 12

7 Вермикулит + Ре2(Э04)з + К4[Ре(СЫ)б1 0,30 23

8 Вермикулит + К4[Ре(СЫ)б1+ Ре2(Э04)з 0,95 50

9 Вермикулит + СиЭ04 0,74 9,0

10 Вермикулит + СиЭ04 + К4[Ре(СЫ)б1 0,65 27

11 Вермикулит + РеС1з + К4[Ре(СЫ)б1 0,15 67

12 Вермикулит + хитозан 0,48 34

13 Исходный вермикулит 0,95 4,7

Введение ионов Ре +, Си + цианогрупп в поверхностный слой создает условия для образования прочных связей аминогрупп белков с поверхностью, что приводит к увеличению адсорбции белка. Модификация вермикулита и цеолита хитозаном также заметно увеличивает адсорбируемость белка по сравнению с исходными 3 сорбентами. Здесь, очевидно, происходит взаимодействие функциональных групп хитозана с амино- и карбоксильными группами белка, которое накладывается на физическую сорбцию белка и в итоге увеличивает его адсорбируемость. Это свидетельствует о превалировании сил хемосорбционного взаимодействия молекул белка с поверхностью, модифицированной хитозаном, над силами физической адсорбции.

Таким образом, модификация вермикулита

ферроферрицианидным комплексом, цеолита хитозаном и цеолита ферроферрицианидным комплексом позволяет получить адсорбент, специфический по отношению к белковым компонентам раствора. Степень доочистки СВ по белку на модифицированных сорбентах колеблется от 68 % до 75 %, а на немодифицированных сорбентах от 5 % (вермикулит) до 60 % (цеолит). Поэтому мы рекомендуем для

4

доочистки СВ пищевых предприятий следующие образцы: вермикулит + ферроферрицианидный комплекс, цеолит + хитозан, цеолит + ферроферрицианидный комплекс.

Библиографический список

1. Огородникова А.А. Эколого-экономическая оценка воздействия береговых источников загрязнения на природную среду и биоресурсы залива Петра Великого. Владивосток: ТИНрО-Центр, 2001. 193 с.

2. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. Ташкент: Фан УзССР,1970. 240 с.