К проблеме утилизации кремнегеля для очистки производственных сточных вод Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

А.В. Свиридов, О.П. Акаев

А.В. Свиридов, О.П. Акаев

К ПРОБЛЕМЕ УТИЛИЗАЦИИ КРЕМНЕГЕЛЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Преамбула Статья содержит результаты экспериментального изучения возможности адсорбционной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью крупнотоннажного промышленного отхода — кремнегеля. Установлено, что модифицированный кремнегель является эффективным сорбентом ионов тяжелых металлов.

Производственные сточные воды, загрязненные ионами тяжелых металлов, . образуются в процессах химической, электрохимической, а также отдельных видов механической обработки металлов и их сплавов. Наряду с этим, ионы тяжелых металлов могут содержаться в сточных водах, образующихся при крашении тканей, кожи. Несмотря на то, что некоторые тяжелые металлы входят в состав метал-лоферментов и других биологически активных веществ, загрязнение биосферы тяжелыми металлами негативно влияет на здоровье людей, жизнедеятельность животных и растений. Поведение тяжелых металлов как токсикантов в природных средах обусловлено их комплексообразующей способностью, подвижностью, биохимической активностью, минеральной и органической формами распространения, эффективностью накопления и другими свойствами. Большую опасность представляет загрязнение тяжелыми металлами природной водной среды, вследствие чего облегчается их миграция в форме свободных ионов, моноядерных гидроксокомплексов, неорганических (сульфатные, хлоридные, карбонатные) и органических (фульватные, гуматные) соединений, взвешенных и коллоидных формах. Наряду с этим, тяжелые металлы входят в состав донных отложений преимущественно во взвешенных формах органического происхождения.

Сброс недостаточно очищенных сточных вод опасен не только для обитателей водоемов и микроорганизмов, участвующих в самоочищении природных вод, но и для микроорганизмов в биологических очистных установках [1].

Экологические проблемы гальванотехники в последние 10-15 лет привлекают широкое внимание ученых и специалистов. В промывных водах гальванических производств может содержаться до 100 мг/л ионов тяжелых металлов. Общий сток машиностроительных заводов в среднем содержит следующие концентрации (мг/л) ионов тяжелых металлов: никеля - 0,01-8,6; меди - 0,15-32;

хрома (общего) 0,07-95 [2]. На действующих заводах с устаревшей технологией очистки производственных сточных вод и их выведения в систему дождевой канализации попадают металлы.

Поэтому сегодня актуальна проблема предотвращения загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Увеличение масштабов производства и повышение требований к качеству воды требуют разработки все более эффективных способов очистки сточных вод, возврата очищенных стоков для повторного использования. Для решения этой задачи в настоящее время все шире внедряют сорбционные способы очистки [3].

Эти методы характеризуются высокой степенью очистки, отличаются универсальностью, простотой аппаратурного оформления, не требуют больших капиталовложений. Они устойчивы к концентрационным перепадам загрязнителей, позволяют очищать вод, содержащую несколько загрязняющих веществ, а также осуществлять их рекуперацию. В качестве сорбентов все чаще используются природные и искусственные кремнийсодер-жащие материалы, в частности, алюмосиликаты различного состава и происхождения (природные глины, каолиниты, бентониты, цеолиты и т.д.). Это обусловлено дешевизной сырья, развитыми сор-бционными и ионообменными свойствами, хорошей формуемостью сорбентов [4].

Большой интерес представляет использование кремнийсодержащих промышленных отходов для сорбции ионов тяжелых металлов. В связи с этим в данной работе изучена возможность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с применением кремнегеля в качестве сорбента.

Кремнегель образуется в качестве отхода в производстве фторида алюминия, получаемого в результате реакции между гидроксидом аммония и кремнефтористоводородной кислотой. Он представляет собой белый пористый тонкодисперсный материал. Кремнегель состоит в основном из аморфного диоксида кремния. Наряду с этим, в кремнегеле имеются небольшие при-

8

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 8, 2006

© А.В. Свиридов, О.П. Акаев, 2006

К проблеме утилизации кремнегеля для очистки производственных сточных вод

меси фторида алюминия и кремнефтористово-дородной кислоты.

В работе изучалась сорбционная очистка воды от ионов никеля, железа (III) и меди с использованием кремнегеля в качестве сорбента. Сорбционная способность кремнегеля определялась по результатам эксперимента, в ходе которого осуществлялось встряхивание навесок крем-негеля с водными растворами, содержащими определенные начальные концентрации ионов металлов. В ходе дальнейшего эксперимента очистка моделировалась путем пропускания водных растворов через адсорбционные колонки с крем-негелем. На основании полученных данных определялась степень очистки при разных начальных концентрациях ионов металлов. Эти концентрации соответствовали средним концентрациям ионов в промышленных сточных водах. Экспериментальные данные представлены в таблице. В ней представлены начальные концентрации (С ,мг/л) ионов металлов и соответствующие им степени очистки (а).

На основании полученных данных можно заключить, что степень очистки сильно зависит от начальной концентрации ионов металлов. С увеличением концентрации ионов степень очистки резко снижается. В целом, кремнегель обладает определенной сорбционной способностью к ионам рассматриваемых металлов. С целью улучшения сорбционных свойств крем-негеля осуществлялось его модифицирование. Оно позволяет получить кремнеземы с качественно новыми свойствами. Большой интерес представляет модифицирование кремнийсодер-жащих материалов полимерами.

В настоящей работе для модифицирования использовался поливиниловый спирт (ПВС), мак-

ромолекулы которого содержат множество ре-акционноспособных гидроксильных групп.

Результаты эксперимента с модифицированным кремнегелем приведены в таблице.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что модификация кремнегеля ПВС приводит к резкому увеличению степени очистки воды для всех изученных ионов при различных их начальных концентрациях. ПВС, очевидно, взаимодействует с помощью гидроксильных групп с поверхностью кремнегеля, имеющей также гидро-ксильные группы. Здесь возможно образование водородных связей, ориентация макромолекул ПВС на частицах кремнегеля. Вероятно, ионы металлов при адсорбции входят в промежутки между поверхностью кремнегеля и макромолекулами ПВС. Это возможно, поскольку радиусы ионов металлов (№2+- 78 нм, Fe3+- 67 нм, Си2+-72 нм) значительно меньше длины связи кремний - кислород (151 нм). Кроме того, ионы металлов могут взаимодействовать с гидроксильны-ми группами ПВС по донорно-акцепторному механизму. В этом случае атомы кислорода гидро-ксильных групп являются донорами, а ионы металлов - акцепторами электронных пар. У атомов кислорода имеются неподеленные электронные пары, а ионы металлов имеют вакантные d-орбитали. В результате этого взаимодействия осуществляется хемосорбция ионов металлов модифицированным кремнегелем.

В работе изучена также сорбционная способность кремнегеля, обработанного фосфатом натрия, образующим нерастворимые в воде соли с ионами этих металлов. Установлено, что в этом случае нет значительного увеличения степени очистки воды от рассматриваемых катионов металлов по сравнению с обычным кремнегелем.

Катионы Кремнегель Кремнегель, модифицированный Кремнегель, модифицированный

ПВС ПВС и NaзPO4

Сн,мг/л а Сн,мг/л а Сн,мг/л а

Си2+ 10 64 10 92 10 98

50 33 50 91 50 97

100 15 100 90 100 95

№2+ 25 73 5 97 5 99

50 31 10 95 10 98

100 12 50 93 50 97

Бе3+ 5 81 5 97 5 98

10 69 10 95 10 97

50 41 50 94 50 95

Таблица

Результаты очистки воды от ионов металлов с применением кремнегеля

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 8, 2006

9

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

В.В. Кривошеим

Вероятно, фосфат-ионы слабо удерживаются на поверхности кремнегеля. Поэтому была выполнена модификация кремнегеля с использованием ПВС и фосфата натрия. Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице, в результате этой совместной модификации степень очистки значительно увеличилась для всех начальных концентраций.

Таким образом, кремнегель может применяться для очистки производственных сточных вод от ионов меди, никеля и железа. Один из путей получения эффективных сорбентов на основе кремнегеля заключается в его модифицировании. В качестве модификаторов могут использо-

ваться полимеры, а также неорганические реагенты, связывающие ионы металлов.

Библиографический список

1. Яковлев А.В. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

2. Обработка и утилизация осадков призвод-ственных сточных вод/С.В. Яковлев, Л.С. Волков, Ю.В. Воронов, В.Л. Волков. - М.: Химия, 1999.

3. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. -Л.: Химия, 1982. - 168 с.

4. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. - Киев: Наукова Думка, 1981.- 207 с.

В.В. Кривошеин

ГЕМАТОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНТЕРЬЕРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОСЕТРОВ ПРИ ТЕПЛОВОДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

Преамбула. В статье приводятся результаты оценки гематологических, биохимических показателей крови ленских осетров и интерьерных характеристик белужьего бестера.

Пробы крови у рыб годовиков брали из хвостовой артерии. Гематологические . показатели определяли в мае и августе месяце с использованием биохимического автоматического анализатора «Clima MC - 15» и автоматизированного гематологического анализатора «Plus BC -3000». Всего проанализировано 376 проб на гематологические и 415 проб на биохимические показатели.

В процессе роста осетров выявлена тенденция увеличения в их крови количества эритроцитов на 0,08, тромбоцитов на 44,3 и величины гематокрита на 1,04%. По концентрации гемоглобина с ростом отмечены достоверные различия. Лейкоциты изменяются незначительно (293,5 и 299,4). В тоже время, происходит изменение в составе лейкоци-

тарной формулы. Количество лимфоцитов и нейт-рофилов снижается на 3,3-4,6%, а количество моноцитов достоверно возрастает на 11,3 (табл. 1).

Изменения гематологических показателей ленских осетров, выращиваемых в условиях теп-ловодной аквакультуры в бетонных садках, находится в пределах физиологической нормы и свидетельствуют о широкой пластичности этого вида, способного приспосабливаться к изменяющимся температурным колебаниям воды.

Биохимические показатели крови у ленских осетров показывают на достоверное увеличение в процессе их роста количества общего белка, глюкозы, а также снижение концентрации мочевины (табл. 2). Что связано с более интенсивным ли-

Таблица1

Гематологические показатели ленских осетров (n = 376)

Показатель В мае В августе Различие, (+, -)

Лейкоцитых10 9/л 293,5±1,8 299,4±2,3 +5,9

Эритроцитых10 12/л 0,19±0,01 0,27±0,01 +0,08

Гемоглобин, г/л 5,31±0,32 7,08±0,42 +1,17

Гематокрит, % 3,13±0,28 4,17±0,16 +1,04

Тромбоциты х109/л 79,3±14,2 123,6±31,5 +44,3

Лимфоциты, % 34,8±1,14 31,5±1,23 - 3,3

Нейтрофилы, % 49,8±2,18 43,7±3,12 - 6,1

Моноциты, % 12,3±0,93 23,4±3,11 + 11,3

10

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 8, 2006

© В.В. Кривошеин, 2006