CC BY
24Спирин М. Н., инж., Свергузова С. В., д-р техн. наук, проф., Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ОЧИСТКА МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА
САХАРА
spirich@mail.ru
Дефицит качественных водных ресурсов усугубляется повсеместными загрязнениями природных вод сточными водами. Со сточными водами предприятий промышленности, ЖКХ, сельского хозяйства в водные объекты поступают миллионы тонн загрязняющих веществ, представляющих угрозу, как для водных экосистем, так и для человека. К одним из распространённых загрязнителей водных объектов относятся предприятия по производству растительных масел.
В работе, для очистки маслосодержащих модельных эмульсий использовался термически модифицированный отход производства сахара - сатурационный осадок (ТМСО), представляющий собой тонкодисперсный сорбционный материал.
Исследования показали, что использование ТМСО для очистки маслосодержащих сточных вод весьма перспективны
Ключевые слова: маслосодержащие сточные воды, очистка, отходы сахарного производства.
Дефицит качественных водных ресурсов усугубляется повсеместными загрязнениями природных вод сточными водами. Со сточными водами предприятий промышленности, ЖКХ, сельского хозяйства в водные объекты поступают миллионы тонн загрязняющих веществ, представляющих угрозу, как для водных экосистем, так и для человека. К одним из распространённых загрязнителей водных объектов относятся предприятия по производству растительных масел.
В работе, для очистки маслосодержащих модельных эмульсий использовался термически модифицированный отход производства сахара - сатурационный осадок (ТМСО), представляющий собой тонкодисперсный сорбционный материал.
Исследования показали, что использование ТМСО для очистки маслосодержащих сточных вод весьма перспективны. Ключевые слова: маслосодержащие сточные воды, очистка, отходы сахарного производства.
Ресурсы для жизни всегда были той движущей силой, которая определяла миропорядок. Это простое, но всеобщее правило было основой как геоэкономики, так и геополитики. Ему преданно служили идеологии, право и общественная мораль. Борьба за ресурсы диктовала логику расселения человеческого племени, вела первопроходцев и поднимала народы против друг друга. По мере того, как люди осваивали все новые ресурсы, обращая их в средства для жизни, возникали цивилизационные артефакты, определявшие смысл и базовый для определенной исторической эпохи характер отношений между народами. Так настала эпоха великих географических открытий, наделившая европейскую цивилизацию новым ресурсным потенциалом
огромной мощности и определившая мироустройство, во многом сохранившееся до наших дней. Так возник Великий Шелковый путь, прототип современных глобализационных процессов, по которому шел обмен между Западом и Востоком. В разные времена разные ресурсы становились вожделенной добычей экспансионистского инстинкта человечества. Пахотная земля, пастбища, золото, лес. Последнее, за что идет схватка - это энергетические ресурсы: нефть и газ [1]. Эпоха нефти, главнейшего ныне ресурса, длящаяся немногим больше ста лет, вскоре подойдёт к концу. И драма всей современной политической истории определяется стремлением продлить возможности обладания этим ресурсом для тех или иных стран и народов на возможно более длительный срок. Трудно, но вполне можно себе представить существование человечества и без нефти, и без леса, как источника технологической древесины, и даже без металла. Но есть два глобальных природных ресурса, без которых представить существование человека невозможно, - это воздух и вода. С ростом численности населения планеты и загрязнения окружающей среды все больше и больше воздух и вода становятся дефицитными.
Дефицит качественных водных ресурсов усугубляется повсеместными загрязнениями природных вод сточными водами. Со сточными водами предприятий промышленности, ЖКХ, сельского хозяйства в водные объекты поступают миллионы тонн загрязняющих веществ, представляющих угрозу как для водных экосистем, так и для человека. К одним из распространённых загрязнителей водных объектов относятся предприятия по производству растительных масел [2].
Перечень производимых в мире растительных масел довольно обширен, наиболее часто
используемые в России масла и их состав представлены в табл. 1 [3-7].
Таблица 1
Масло Насыщенные кислоты Ненасыщенные кислоты
Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая Арахиновая Олеиновая Эруковая Линолевая Линоленовая
Абрикосовое 5,3 2-4,5 1-1,2 0,5 39-70 - 13-38 -
Горчичное 0,5 - - - 25-28 50 14,5-20 3
Кедровое - 10-16 - - 36 - 36-38 18-28
Кукурузное - 7,7 3,5 0,4 44-45 - 41-48 -
Льняное - 9-11 - 13-29 - 15-30 44
Облепиховое - 11-12 - 23-42 - 32-36 14-27
Оливковое следы 7-10 2,4 0,1-0,2 54-81 - 15 -
Пальмовое - 39-47 8-10 - 32-37 - 5-18 -
Подсолнечное 1 6-9 1,6-4,6 0,7-0,9 24-40 - 46-72 1
Соевое - 2,4-6,8 4,4-7,3 04,-1 20-30 - 44-60 5-14
Рапсовое 1,5 - 1,6 1,5 20,25 56-65 14 2-3
Рост производства растительных масел неизменно сопряжен с образованием маслосо-держащих сточных вод. Попадая в водные объекты, загрязнённые маслами сточные воды наносят водным экосистемам ощутимый вред. Так, загрязнение поверхности водоёмов плёнками масла, жиров, смазочных материалов препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом и оказывает отрицательное влияние на состояние фитопланктона и является причиной массовой гибели рыбы и птиц. Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод, которые в состоянии сделать непригодной к употреблению около 7 тыс. км3 чистой воды, что в 1,5 раза больше всего речного стока стран СНГ [8-10]. В последнее время многими исследователями активно рассматриваются варианты очистки вод отходами различных производств [11-13].
Нами для очистки маслосодержащих модельных эмульсий использовался термически модифицированный отход производства сахара - сатурационный осадок (ТМСО) представляющий собой сорбционный материал на основе твердого отхода сахарной промышленности -дефеката. Обжиг исходного дефеката при 580-600°С в течение 30 мин приводит к обугливанию остатков органических веществ и образованию карбонизованного слоя на поверхности частиц СаСО3.
К модельным эмульсиям, содержащим подсолнечное и оливковое масла с концентрацией 0,4 мг/дм3 с известной мутностью (подсолнечного 154 NTU, оливкового 158 №ГО), добавляли навеску ТМСО. Смесь встряхивали в течение заданного времени, затем отстаивали в отстой-
ных цилиндрах. В отстоянной жидкости определяли остаточную мутность эмульсии на турби-диметре HI 98703. Принцип работы мутномера следующий: генерируемый пучок света пропускался через слой жидкости и измерялся с помощью двух датчиков, установленных в направлении 90 друг к другу. При подаче луча некоторая его часть рассеивалась в жидкости, и в зависимости от интенсивности свечения определялось количество взвешенных частиц. Снятый сигнал преобразовывался в аналитическом блоке и отражался на дисплее. При этом использовалась принятая ISO 7027 мера — нефелометрические единицы мутности Nephelometric Turbidity Unit (NTU) [14].
В ходе экспериментов исследовали зависимость эффективности очистки от массы добавки ТМСО, длительности отстаивания отработанных масляных эмульсий и температуры эмульсионной среды.
Как видно из рис. 1, масса добавки ТМСО оказывает значительное влияние на очистку масляных эмульсий, как по эмульсии подсолнечного масла, так и оливкового. Так, уже при добавке ТМСО массой 0,25 г к эмульсии с подсолнечным маслом эффективность осветления составляет 90,2%; 91,0%; 91,5%; 93,0% для 15, 60, 120 и 240 мин, соответственно, а для эмульсии с оливковым маслом 88,7%; 89,4%; 90,7%; 92,5%. Увеличение массы добавки ТМСО приводит к повышению эффективности осветления обеих эмульсий. При этом наибольший прирост эффективности наблюдается в интервале до 0,5 г. ТМСО и составляет 92,2; 93,8; 94,2; 97,0% для 15, 60, 120 и 240 мин отстаивания, соответственно. В дальнейшем при увеличении массы
добавляемого ТМСО прирост эффективности осветления эмульсии заметно замедляется. Так, при увеличении массы добавки ТМСО от 0,5 до 2,5 г на 1000 мл эмульсии прирост эффективно-
а
сти осветления составляет всего 3,04; 2,4; 1,5; 1,2% для 240, 120, 60 и 15 мин. соответственно для подсолнечного масла и 3,7; 2,8; 1,9; 1,8% для оливкового масла.
б
Рис. 1. Зависимость эффективности очистки эмульсии от массы навески ТМСО а - подсолнечное масло, б - оливковое масло а б
Рис. 2. Влияние длительности отстаивания на осветление эмульсии (масло подсолнечное)
после добавления ТМСО а - подсолнечное масло, б - оливковое масло 1 - исходная мутность; 2- через 15 мин. отстаивания; 3 - через 60 мин. отстаивания; 4 - через 120 мин. отстаивания; 5 - через 240 мин. отстаивания
Результаты наблюдений осветления эмульсий в процессе отстаивания (рис. 2) показали, что уже через 15 мин после добавления ТМСО массой 0,5 г мутность исходной эмульсии с подсолнечным маслом уменьшилась на 139,5 N10; через 120 мин на 143,2 N10, а через 240 мин на 144 N10. Аналогичная зависимость характерна для других масс добавок ТМСО. При массе навески 1,5 г через 15 мин на 128,8 N10, через 120 мин на 141,2 N10, и через 240 мин на 146,26 ЭТИ. При добавлении 2,5 г ТМСО через 15 мин мутность уменьшилась на 118,5 N10, через 120 мин на 143,4 ЭТИ, через 240 мин на 146,26
N10. Сходный характер снижения мутности наблюдался и для эмульсии с оливковым маслом. При добавлении ТМСО массой 0,5 г снижение на 142,9 N10 через 15 мин, через 120 мин на 132,2 N10, а через 20 мин на 117,9 N10. При массе навески 1,5 г через 15 мин на 146,6 N10, через 120 мин на 144,5 N10, и через 240 мин на 146,8 N10. При добавлении 2,5 г ТМСО через 15 мин мутность уменьшилась на 147,5 N10, через 120 мин на 147,8 N10, через 240 мин на 149,7 N10.
Начальная мутность эмульсий с добавкой подсолнечного и оливкового масел составила
154 и 158 NTU соответственно. При добавлении к пробам навесок ТМСО в разных пропорциях было замечено явное снижение мутности эмульсий. Пробы с более высокой добавкой ТМСО сразу после встряхивания показали повышенный уровень мутности. Мутность эмульсии с оливковым маслом увеличилась на 40,1 №Ги для пробы с навеской сорбента 2,5 г, и на 15,1 №Ги для навески массой 0,5 г. Такая же тенден-а
ция наблюдалась для эмульсии содержащей подсолнечное масло. Но со временем отстаивания этот показатель снижался, и через четыре часа наиболее низкую остаточную мутность показали пробы с навеской ТМСО равной 2,5 г: оливковое масло - 8,3 №Ги, подсолнечное - 7,74 №Ги. Это говорит о том, что мутность в начале отстаивания давали сами взвешенные частицы ТМСО. б
5?
5 У
О л
ь
о
X
[0
Ё
ш
т
98 96 94 92 90 88 86
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165180195 210 225 240
т, мин
Рис. 3. Зависимость эффективности очистки эмульсии с помощью ТМСО от длительности
отстаивания а - подсолнечное масло, б - оливковое масло
Разные характеры роста эффективности очистки наблюдались для эмульсий с различными массами навесок ТМСО с течением времени. Как видно из рисунка 3 прирост эффективности очистки для эмульсий, содержащих навеску сорбента, равную 0,5 г, увеличивался плавно и, можно сказать, незначительно и через 4 часа составил около 2%. В эмульсиях же с навесками а
м, гли
10,5
10
9,5 /
9 ,, / 1
8,5 Л 1 II
8 £
7,5
7
ТМСО, равными 2,5 г., рост эффективности очистки был более ярко выраженным в первый промежуток времени, замедлясь к концу опыта и показал примерно 10 %. В итоге наибольшую эффективность очистки как для эмульсии с подсолнечным маслом (Э=97,47%), так и с оливковым (Э=97,31%), показывают пробы с навеской ТМСО равной 2,5 грамма. б
Рис. 4. Влияние температуры на осветление эмульсии (отстаивание 1 а - подсолнечное масло, б - оливковое масло
Как видно из рис. 4, повышение температуры эмульсии от 20 до 40° С приводит к снижению мутности во всех пробах. При массе навес-
ки 0,5 г мутность снижается примерно на 6% а при 2,5 г достигает свыше 9%. Это говорит об улучшении сорбционных свойств ТМСО при
повышении температуры. Вероятно, это можно объяснить снижением вязкости эмульсий и улучшением доступа жировых частиц к сорбци-онным поверхностям.
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что использование ТМСО для очистки маслосодержащих сточных вод является весьма перспективным.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рудов Г. А., Дефицит пресной воды и его международное урегулирование//Мир и политика №9 (60) сентябрь 2011//http://mir-politika.ru/162-deficit-presnoy-vody-i-ego-mezhdunarodnoe-uregulirovanie.html
2. Свергузова Ж. А., Ельников Д. А., Лупан-дина Н.С. Аспекты водообеспечения и существующие реалии // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. №3. С. 161-166
3. Беззубов Л. П., Химия жиров, 3 изд., М., 1975, 280 с.
4. Технология жиров и жирозаменителей, М., 1982, 145 с.
5. Технология переработки жиров, М., 1985, 174 с.
6. Паронян В. Х., Новокшонов Ю. И., Мо-
делирование и оптимизация процессов рафинации жиров, М., 1985, 224 с.
7. Smits G., Losses in alkali neutralization of edible oils, [Groningen], 1977 http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/3881
8. http://studopedia.ru/view_bg.php?id=5
9. http://www.watertech21.ru/news/66.html,
10. http://centrnedra.ru/
11. Лесовик В.С., Свергузова Ж.А. Возможные пути использования отхода сахарной промышленности - сатурационного осадка // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. №2. С. 144-149.
12. Кирюшина Н.Ю., Тарасова Г.И., Свер-гузова С.В. Шлаковые отходы в водоочистке // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. №4. С. 140-145.
13. Ельников Д.А., Свергузова Ж.А. Свергузова С.В. Влияние температурной обработки дефеката на эффективность очистки модельных растворов от красителей // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. №2. С. 144147
14. http://medbuy.ru/mutnomer
