CC BY
13Обесцвечивание сточных вод промышленных предприятий с использованием отходов льнопереработки
сч о сч
о ш т
X
<
т о х
X
Васина Анастасия Евгеньевна
студент кафедры «энергоресурсоэффективных технологий, промышленной экологии и безопасности», РГУ им. А.Н. Косыгина, nastia11m@mail.ru
Тетюшин Иван Дмитриевич
студент кафедры «Металлорежущие станки», МГТУ им. Н. Э. Баумана, tetyushinid@student.bmstu.ru
Тутукин Дмитрий Геннадьевич
студент кафедры «Металлорежущие станки», МГТУ им. Н. Э. Баумана, thecoolday@yandex.ru
Проблема очистки сточных вод весьма актуальна. Основными процессами антропогенного загрязнения воды являются стоки с промышленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий. Технологический процесс большинства отраслей промышленности подразумевает использование воды и как итог наличие загрязненных сточных вод. Сточные воды, сбрасываемые производствами, характеризуются сложным и переменным составом, наличием высокотоксичных соединений, преимущественным содержанием растворенных веществ. гальванических и лакокрасочных материалов, тяжелых металлов. В ряде случаев достаточной степени очистки удается достигнуть одним из способов очистки сточных вод: механическим, химическим, физико-химическим, биологическим, термическим.
В данной статье рассмотрена проблема очистки сточных вод промышленных производств, особое внимание уделено обесцвечиванию - очистке сточных вод текстильной промышленности от красителей. Экспериментальным путем доказана возможность использования отходов льноперерабатывающих предприятий в качестве адсорбента для обесцвечивания красильных растворов, рассчитана максимальная степень обесцвечивания за время опыта, получена изотерма сорбции и статическая активность сорбента и сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: Очистка, обесцвечивание, адсорбция, льно-переработка, фотоэлектроколориметр, сточные воды
Поскольку вода - одна из самых важных жизнеобеспечивающих природных сред, является важным обеспечивать ее рациональное и безопасное использование. Опасным последствием неправильного использования может являться загрязнение подземных вод, так как подземная гидросфера является конечным резервуаром, накапливающим загрязнители поверхностного и глубинного происхождения. Основными процессами антропогенного загрязнения воды являются стоки с промыш-ленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий. Технологический процесс большинства отраслей промышленности подразумевает использование воды и как итог наличие загрязненных сточных вод. Сточные воды, сбрасываемые производствами, характеризуются сложным и переменным составом, наличием высокотоксичных соединений, преимущественным содержанием растворенных веществ. гальванических и лакокрасочных материалов, тяжелых металлов. В ряде случаев достаточной степени очистки удается достигнуть одним из способов очистки сточных вод: механическим, химическим, физико-химическим, биологическим, термическим.[1] Однако существуют случаи загрязнения сточных вод красителями. К примеру, в текстильной промышленности крашение является одним из важнейших процессов красильно-отделочного производства, в результате чего сточные воды могут содержать краситель. В таком случае для очистки применяется метод адсорбции - процесса поглощения газов, паров или жидкости поверхностью пористых твердых тел, в результате перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности.^]
Лен - это натуральное волокно, в составе которого 80% целлюлозы. Оставшиеся 15% - жиры, воск, минеральные, красящие вещества.. На предприятиях льнопереработки ежегодно скапливается большое количество отходов в виде волокна. Поскольку льняное волокно состоит из целлюлозы, а целлюлозосодержащие сорбенты являются хорошими поглотителями, то возможно использование отходов льнопереработки в качестве сорбента для обесцвечивания красильных раство-ров.[2]
С, г/л 0,1 0,075 0,05 0,025 0,01
D 1,5 1,12 0,75 0,28 0,14
По данным табл.1 была построена калибровочная кривая
Б
Рисунок 1. Отходы льняного волокна.
В качестве объектов исследования использовались измельченные отходы льняного волокна, длиной от 0,5 до 2 см. Водным раствором красителя служил кислотно-красный краситель с концентрацией 0,1 г/л.
Для определения концентрации красителя в рабочий растворах был выбран фотометрический метод с использованием фотоколориметра КФК-3.
Фотоэлектроколориметр КФК-3 предназначен для измерения коэффициентов пропускания - оптической проницаемости, или оптической плотности цветных растворов с целью определения по калибровочному графику концентрации вещества в растворах.
С, г/л
0.02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Рисунок 3. Калибровочная кривая
Опыты проводились в стационарных условиях. В емкость помещалась проба волокна массой 0,2 г и добавлялся краситель объемом 100 мл. Через каждые 2-5 минут отбиралась проба красителя и определялась его концентрация. Опыты проводились до тех пор, пока концентрация красителя не становилась неизменной.
Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 2
Таблица 2
Изменение концентрации красителя во времени
Т, 0 2 4
мин
D 1,5 1,12 0,78
С, 0,1 0,075 0,051
г/л
0,48
0,032
0,32
0,023
10
0,26
0,019
12
0,21
0,015
14
0,20
0,014
16
0,20
0,014
Рисунок 2. Фотоэлектоколориметр КФК-3
Фотоколориметр КФК-3 имеет широкий спектральный диапазон от 315 до 990 нм, малую погрешность производимых измерений, быструю обработку результатов исследования, высокие эксплуатационные характеристики. В химической промышленности прибор помогает определять содержание в растворах фосфатов, нитратов, кислот, щелочей.[3,4] В лабораториях контролирующих предприятий прибор помогает производить контроль качества питьевой и сточной воды и обнаруживать в ней вредные вещества [5].
Предварительно строилась калибровочная кривая с выбором светофильтра, обеспечиваемого максимальную оптическую плотность - светофильтр с длиной волны Л = 440 нм. Зависимость оптической плотности от концентрации представлена в табл.1.
Таблица 1
На основании данных табл. 2 была построена кинетическая кривая
С: г/л
0.12
О 2 4 6 8 10 12 14 16
Рисунок 4. Кинетическая кривая
Как видно из рис.4, процесс поглощения осуществляется в 2 периода. Наибольшее поглощение красителя осуществляется в первом периоде за первые 5 минут процесса.
По данным табл. 2 рассчитывается степень обесцвечивания по формуле:
а = С"Ск • 100%
X X
о
го А с.
X
го т
о
м о м
6
8
сч о сч
о ш Ш X
<
m о х
X
а =
а = ■
0,1 - 0,04
~0Д 0,1 - 0,014
"6Х
100% = 60%
• 100% = 86%
За первые минуты опыта степень обесцвечивания составила 60%. Максимальная степень обесцвечивания раствора составила 86% за время опыта 14 минут. Полученная кинетическая кривая свидетельствует о возможности использования отходов льнопереработки в качестве сорбента для обесцвечивания красильных растворов.
Для исследования сорбционной способности отходов льняного волокна была построена изотерма сорбции. Для этого брались растворы красителя различной концентрации.[3]
Таблица 3
Влияние концентрации к расителя на активность
Сн, г/л 0,1 0,075 0,05 0,025
Ск, г/л 0,014 0,007 0,002 0,001
а, г/г 0,43 0,34 0,24 0,12
a = ■
m
0,1 - 0,014
a
a
a
0,2
0,075 - 0,003
"02 0,05 - 0,002
"02 0,025 - 0,001
"02
= 0,43 г/г
= 0,36 г/г = 0,24 г/г
= 0,12 г/г
С. г/л
Рисунок 5. Кривая сорбции
В раствор красителя добавлялась навеска волокна массой 0,2 г. Для каждой концентрации красителя в стационарных условиях определялась конечная постоянная концентрация красителя.
По изменению концентрации красителя определялась его активность по формуле:
ДС
а = — г/г
Расчетные данные занесены в табл. 3 По полученным значениям активности построена кривая сорбции (рис. 5).
а. г/г
Характер полученной кривой свидетельствует о том, что процесс сорбции красителя подчиняется химической теории Лэнгмюра.[3]
Рисунок 6. Окрашенный отход льноволокна после обесцвечивания
Заключение
Проведенная работа показала возможность использования отходов льноперерабатывающих предприятий а качестве адсорбента для обесцвечивания красильных растворов. Поглощение красителя осуществляется в 2 периода. За время I периода 5 минут, степень обесцвечивания достигает 60%. Максимальная степень обесцвечивания составила 86% за время опыта 14 минут. Полученная в работе изотерма сорбции свидетельствует о химическом взаимодействии льняного волокна с красителем. Статическая активность сорбента составила 0,425 г/г.
Литература
1. Экология и экономика природопользования. Учебник для вузов. - изд. 2-е, перераб. и доп. // Бобылев С.Н., Новоселов А.Л., Гирусов Э.В. М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2010. - 607 с.
2. Гавич И.К. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения. - М.: Недра, 1985. -320 с.
3. Обесцвечивание красильного раствора сорбционным способом. Работа выпускная квалификационная по специальности "Техносферная безопасность" : ФГБОУ ВО РГУ им А.Н. Косыгина/ сост. Васина АЕ.. - [Москва], 2020. - 57 с.
4. Александров В.И. Очистка сточных вод предприятий легкой промышленности / В.И. Александров, П.А. Гембицкий, В.А. Никашина // Коже-венно-обувная промышленность. 2005. №1. - С. 31-32.
5. Методические указания. Нормируемые показатели точности измерений в методиках выполнения измерений, регламентированных в документах на химическую продукцию. МУ 6/113-30-19-83. Черкассы, Изд. информационных материалов НИИТЭХиМа, 1985.
6. Abd Razak, N., Marsinah Tumin, S., and Tajuddin, R. Effect of Temperature on the Color of Natural Dyes Extracted Using Pressurized Hot Water Extraction Method. American Journal of Applied Sciences.
Discoloration of industrial waste water using flax processing waste Vasina A.E., Tetyushin I.D. Tutukin D.G.
Russian State University named after A.N. Kosygin, MSTU named after N. E. Bauman
JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90
The problem of wastewater treatment is very urgent. The main processes of anthropogenic water pollution are runoff from industrial-urbanized and agricultural areas. The technological process of most industries involves the use of water and, as a result, the presence of contaminated wastewater. Wastewater discharged by industries is characterized by a complex and variable composition, the presence of highly toxic compounds, the predominant content of dissolved substances. electroplating and paints and varnishes, heavy metals. In some cases, a sufficient degree of purification can be achieved by one of the methods of wastewater treatment: mechanical, chemical, physicochemical, biological, thermal.
This article discusses the problem of industrial wastewater treatment, special attention is paid to discoloration - cleaning wastewater from the textile industry from dyes. The possibility of using wastes from flax processing enterprises as an adsorbent for decolorizing dyeing solutions has been experimentally proved, the maximum degree of discoloration during the experiment has been calculated, the sorption isotherm and static activity of the sorbent have been obtained, and the corresponding conclusions have been drawn.
Keywords: Purification, decolorization, adsorption, flax processing, photoelectric colorimeter, waste water
References
1. Ecology and economics of nature management. Textbook for universities.
- 2nd ed., reprint. and additional // Bobylev S.N., Novoselov A.L., Girusov E.V. M.: UNITY-DANA, Unity, 2010. - 607 p.
2. Gavich I.K. Methods of protection of internal waters from pollution and
depletion. - M.: Nedra, 1985. - 320 p.
3. Discoloration of the dye solution by sorption method. Final qualification
work in the specialty "Technosphere safety" : Kosygin Russian State Pedagogical University/ comp. Vasina AE.. - [Moscow], 2020. - 57 p.
4. Alexandrov V.I. Wastewater treatment of light industry enterprises / V.I.
Alexandrov, P.A. Gembitsky, V.A. Nikashina // Leather and shoe industry. 2005. No. 1. - pp. 31-32.
5. Methodological guidelines. The normalized indicators of measurement
accuracy in the measurement methods regulated in the documents for chemical products. MU 6/113-30-19-83 Cherkassy, Publishing House of information materials of NIITEKhIm, 1985.
6. Abd Razak, N., Marsinah Tumin, S., and Tajuddin, R. Effect of Temperature
on the Color of Natural Dyes Extracted Using Pressurized Hot Water Extraction Method. American Journal of Applied Sciences.
X X
O
00 >
c.
X
00 m
o
ho o ho
