CC BY
0
УДК 628.34
Б01: 10.17277/уе81шк.2023.01.рр .127-138
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ФЕНТОН-ОКИСЛЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД СЫРНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
М. А. Промтов1, О. А. Шеина2
Кафедра «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность» (1), promtov.ma@mail.tstu.ru, ФГБОУВО «ТГТУ», Тамбов, Россия;
кафедра «Химия и технология органических веществ» (2), ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии», Москва, Россия
Ключевые слова: метод фентон-окисления; молочная сыворотка; очистка сточных вод.
Аннотация: Исследована эффективность предварительной обработки сточных вод сырного производства окислителем Фентона. Отмечено существенное снижение показателей химического потребления кислорода, биологического потребления кислорода за 5 суток, содержания жиров в обработанной молочной сыворотке, являющейся основным компонентом сточных вод сырного производства. Предложена последовательность введения реагентов для достижения значений ряда показателей качества сточных вод, не превышающих ПДК.
Введение
За последнее десятилетие производство сыров и сырной продукции в России показывает стабильный рост. Однако наряду с положительной динамикой в отрасли производители сталкиваются с проблемой утилизации побочного продукта - молочной сыворотки. Часть производителей решает проблему, перерабатывая сыворотку и реализуя образующиеся продукты.
Промышленная переработка молочной сыворотки осуществляется по трем основным направлениям: полное использование всех компонентов сыворотки (напитки свежие и сквашенные, сгущенные и сухие продукты и др.); раздельное использование компонентов сырья (извлечение жира, белков, лактозы и др.); получение производных компонентов молочной сыворотки (гидролизаты сывороточных белков, глюкозо-галактозные сиропы, лактулоза и др.). Для переработки сыворотки применяют сгущение, сушку, электромембранные (электродиализ, электроактивация) и баромембранные процессы (ультрафильтрация, нанофильт-рация, обратный осмос) [1, 2]. Данный технологический этап тем не менее сопровождается образованием больших объемов сточных вод, требующих утилизации.
Проблема утилизации сточных вод еще более остро стоит перед производителями, которые в силу определенных причин не занимаются промышленной переработкой молочной сыворотки. Стоки предприятий по производству молочной и сырной продукции характеризуются высоким содержанием органических веществ, низким уровнем рН среды и, как следствие, не могут сбрасываться в систему бытовой канализации из-за высокой степени загрязненности и агрессивности. Следовательно, перед сбросом такие воды должны проходить обязательную предварительную обработку.
Высокое содержание органических веществ в сыворотке влияет на такие показатели качества сточных вод, как химическое и биологическое потребление ки-
слорода. Химическое потребление кислорода (ХПК) выражается в миллиграммах кислорода (или другого окислителя в пересчете на кислород), пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в литре (1 дм ) воды [4]. Следовательно, снижения ХПК можно достичь, окислив содержащиеся в сыворотке органические вещества. Одним из распространенных и относительно чистых с точки зрения экологии окислителей является пероксид водорода [5]. Однако в чистом виде данный окислитель недостаточно эффективен для систем с высокими концентрациями поллютантов [5, 6]. Ряд исследований посвящен поиску окислителя, оказывающего незначительную нагрузку на окружающую среду, но способного окислить большинство загрязнителей в сточных водах. Многие исследователи в качестве такого окислителя рассматривают реактив Фентона [6 - 12] или подобные ему реактивы [13, 14], а также сочетание химической обработки реактивом Фентона и его аналогами с некоторыми физическими методами [13, 15 - 18].
Так, в литературе [5, 10] отмечено значительное снижение ХПК в сточных водах производства тринитрорезорцината свинца при использовании реагента Фентона. Эффективность данного окислителя для удаления широкого ряда органических загрязнителей сточных вод показана в [7 - 9].
Фентоновское окисление метилового фиолетового в водном растворе описано в [11], где был предложен механизм окислительно-восстановительной реакции в виде последовательности уравнений:
Бе2+ + Н202 ^ Бе3+ + ОН* + ОН-;
ОН + Н202 ^ Н2О + Н02 ; Бе3+ + Н02* ^ Бе2+ + Н+ + 02; Бе2+ + Н02* ^ Бе3+ + Н02-;
Бе2+ + 0Н* ^ Бе3+ + 0Н-;
* *
Н02 + 0Н ^ Н20 + 02.
Общее уравнение окисления метилового фиолетового имеет вид е24Н28М3+ + 57Н2 ^ 24СО2+ 142Н+ + 3Ш3- + 138е-.
Данный механизм коррелирует с механизмом, предложенным в [12], где исследователи предположили, что разложение пероксида водорода сопровождается образованием гидроксильных радикалов
Бе2+ + Н20 ^ Бе3+ + 0Н- + Н0*,
а в основе действия реактива Фентона лежит сорбция или связывание растворенных красителей в сточных водах
Бе3+ + Я* ^ Бе2+ + Я+,
*
где Я - органический радикал.
Механизм реакции Фентона подробно рассмотрен в [19]: он включает семь стадий с участием радикальных частиц различного состава. В качестве наиболее стабильной частицы указан гидроксильный радикал, который может реагировать со многими классами органических соединений.
В литературе [13] дано описание влияния структуры молекул органических загрязнителей на эффективность удаления органического углерода в результате реакций окисления. Кроме того, в данной работе показано, что удаление общего
органического углерода при обработке с использованием процесса О3-УФ-ТЮ2 сопровождалось кинетикой псевдонулевого порядка.
В источнике [14] приведено сравнение кинетики реакций обесцвечивания
3+
сточных вод реактивом Фентона и его аналога, содержащего Бе /Н2О2. Скорость
„у, 2+
деградации загрязнителей сильно зависела от начальной концентрации Ре или Бе3+, начальной концентрации Н2О2 и начального рН. Температура реакции (15 - 45 °С) мало влияла на общую скорость окисления красителя в фентонопо-добной реакции. В работе также отмечено, что реакция, подобная реакции Фенто-на, следует сравнительно более простой кинетике псевдопервого порядка, в отличие от реакции Фентона.
Ряд работ посвящен сочетанию физических и химических методов при обработке сточных вод с применением реактива Фентона. В статье [15] рассмотрено гетерогенное фентоноподобное окисление тетрациклина с помощью ультразвука на магнетитовом катализаторе. Авторы сообщают о 93,6%-й эффективности удаления тетрациклина и снижении содержания общего органического углерода до 31,8 %. Они связывают данные эффекты со стабильностью катализатора, обработанного ультразвуком.
Улучшение качества очистки сточных вод при сочетании ультразвука и реакции Фентона отмечено для сточных вод производства бисфенола А [16, 17] и боеприпасов [18].
Цель статьи - исследование эффективности применения метода, сочетающего фентон-окисление для улучшения показателей качества сточных вод, содержащих молочную сыворотку.
Экспериментальная часть
Для исследования использовали образцы молочной сыворотки, являющейся основным компонентом сточных вод предприятия по производству сыра. Качественный и количественный анализ сыворотки до и после обработки проводили в соответствии с ГОСТ в лаборатории ООО «РКС-ТАМБОВ».
Показатели, по которым образец исходной молочной сыворотки имеет превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) [3], приведены в табл. 1.
Таблица 1
Основные показатели качества сточных вод предприятия по производству сыра
Показатель Значение показателя в сыворотке ПДК
рН 3,7 6,0... 9,0
[8О42-], мг/дм3 197 100
[С1 ], мг/дм 833 129
[РО43-], мг/дм3 200 8,1
ХПК, мг О/дм3 65 050 500
БПК5, мг/дм3 53 827 300
Взвешенные вещества, мг/дм3 3209 300
Содержание жиров, мг/дм3 53,6 50
Примечание. БПК5 - биологическое потребление кислорода за 5 суток.
Также сыворотка содержит катионы железа, аммония, нитрат- и нитрит-анионы. Эти показатели соответствуют норме.
Как следует из табл. 1, в образцах необработанной сыворотки показатели превышают ПДК рН в 1,5 раза, ПДК (8042-) - приблизительно в 2 раза, ПДК (С1) - в 6,5 раз, ПДК (Р043-) - в 25 раз, ПДК взвешенных веществ -в 11 раз, ПДК жиров - в 1,1 раза.
Наибольшее превышение ПДК наблюдается по ХПК - в 130 раз и БПК5 -в 179 раз, в связи с чем в первую очередь были рассмотрены способы обработки сыворотки, приводящие к снижению ХПК и БПК5.
На основании вышеизложенного в качестве основного окисляющего агента молочной сыворотки выбран реактив Фентона. Соотношение компонентов в реагенте подбирали исходя из литературных данных [2]: для обработки сыворотки использовали реактив Фентона, содержащий 50 г/дм3 перекиси водорода и 3 г/дм3 сульфата железа (II).
Следующий этап химической обработки сыворотки предполагал уменьшение ее кислотности до значений рН 6,5...8,5. Для этого целесообразно использовать гидроксид кальция, так как данный реагент участвует не только в реакции нейтрализации, но и в процессах осаждения сульфат- и ортофосфат-анионов, содержащихся в исходной сыворотке. Кроме того, катионы кальция осаждают и сульфат-анионы, добавленные с реактивом Фентона, а гидроксид-ионы принимают участие в осаждении ионов железа. Это общеизвестные реакции:
1) нейтрализация сыворотки
Са(0Н)2 + 2Н+ ^ Са2+ + 2Щ0;
ОН- + Н+ ^ Н20;
2) осаждение сульфат- и ортофосфат-анионов
Са2+ + 8042- ^ Са804 к;
3Са2+ + 2Р043- ^ Са3(Р04)2 к;
3) осаждение катионов железа
Ре2+ + 20Н- ^ Ре(0Н)2 к;
Бе3+ + 30Н- ^ Бе(0Н)3 к.
Последовательность добавления реактивов рекомендована авторами и обусловлена тем, что реактив Фентона более эффективен в кислой среде, поскольку
в щелочной среде имеют место конкурирующие процессы - окисление катиона 2+ 2+ железа Ре и гетерогенная реакция осаждения Ре гидроксид-ионами.
Для сравнения проведена серия экспериментов, в которых в качестве окислительного агента использовались эквивалентные количества дихромата калия. Выбор обусловлен высокой окисляющей способностью данного вещества в кислой среде без учета негативного влияния дихроматов на окружающую среду.
Обработку молочной сыворотки проводили с интенсивным перемешиваем ленточно-лопастной мешалкой в емкости, последовательно вводя выбранные химические реагенты и коагулянт для увеличения хлопьеобразования.
Результаты лабораторного анализа исходной и обработанной сыворотки по показателям рН, ХПК, БПК5, взвешенные вещества свидетельствуют о зависимости данных показателей от природы окисляющего агента (табл. 2).
Как следует из табл. 2, наиболее существенное снижение ХПК и БПК5 происходит в присутствии реактива Фентона - в 3 и 3,9 раза соответственно. Перекись водорода (37%-й раствор) также уменьшает химическое и биологическое
Показатели качества молочной сыворотки в первой серии экспериментов
Реагент ХПК, мгО/дм3 БПК5, мг/дм3 Взвешенные вещества, мг/дм3 рН Цвет обработанной сыворотки
Исходная сыворотка 65 050 53 827 3209 3,7
Са(ОН)2 2 г/дм3 Н2О2 (37 %) 150 мл/дм3 Коагулянт 20 г/дм3 23 050 22 550 2957 3,3 Светло-желтый
К2Сг2О7 12,285 г/дм3 Коагулянт 20 г/дм3 54 850 32 018 11 168 3,6 Красно-коричневый
Са(ОН)2 0,4 г/дм3 Реактив Фентона 21 800 13 925 1464 2,25 Черно-коричневый
3 3
Примечание. Состав реактива Фентона - 50 г/дм Н2О2 + 3 г/дм ЕеБО4 • 7Н2О.
потребление кислорода - в 2,8 и 2,4 раза соответственно, что, вероятно, обусловлено ее меньшей окисляющей способностью по сравнению с реактивом Фентона в условиях эксперимента. Дихромат калия оказался наименее эффективным окислителем, снизив ХПК и БПК5 в 1,2 и 1,7 раза соответственно.
Содержание взвешенных веществ в сыворотке, обработанной реактивом Фентона, в 2,2 раза ниже, чем в исходной сыворотке, и в 2 раза меньше, чем в образце, обработанном перекисью водорода. Почти трехкратное увеличение содержания взвешенных частиц в сыворотке, обработанной раствором дихромата калия, по сравнению с исходной сывороткой можно объяснить снижением растворимости компонентов рабочего раствора.
Как и предполагалось, подобранный состав реагентов практически не влияет на уровень рН сыворотки при обработке Н2О2 и К2Сг2О7. Однако снижение рН в сыворотке, обработанной реактивом Фентона, несмотря на присутствие гидро-ксида кальция требует дополнительного исследования. Можно предположить, что описанный эффект связан с изменениями в органической фазе сыворотки.
Об изменениях в органической фазе косвенно свидетельствует черно-коричневый цвет сыворотки, обработанной реактивом Фентона, а также характерный запах «подгоревшего молока».
В таблице 3 представлены результаты исследования влияния количества добавляемого Са(ОН)2 и времени экспозиции сыворотки до введения щелочи на уровень рН и другие показатели качества.
Как описано ранее, для приведения уровня рН молочной сыворотки к значениям, не превышающим ПДК, в реакционную смесь вводили гидроксид кальция. Практически одновременное введение реактива Фентона и гидроксида кальция вызывало снижение ХПК и БПК5, однако кислотность среды при этом повышалась в 1,6 раза по сравнению с исходной сывороткой, что является существенным отклонением от регламентированных значений (см. табл. 2 и 3).
Согласно приведенным данным, отсутствует линейная зависимость значений ХПК и БПК5 от количества добавляемой щелочи. Так, минимальное значение ХПК наблюдается в сыворотке при практически синхронном введении реактива
3 3 3
Фентона и 0,4 г/дм Са(ОН)2 - 21 800 мгО/дм . Близкие значения (25 600 мгО/дм )
Зависимость показателей качества молочной сыворотки от количества добавляемой щелочи и времени экспозиции сыворотки, обработанной реактивом Фентона
Реагент Время экспозиции сыворотки, ч ХПК, мгО/дм3 БПК5, г/дм3 Взвешенные вещества, мг/дм3 рН
Исходная сыворотка - 65 050 53 827 3209 3,7
Са(0Н)2 0,4 г/дм3 Реактив Фентона 0 21 800 13 925 1464 2,25
Реактив Фентона Са(0Н)2 3 г/дм3 2 54 000 16 065 1268 5,5
Реактив Фентона 2 35 600 18 690 10080 5,65
Са(0Н)2 20 г/дм3 1 25 600 10 432 34356 8,7
3 3
Примечание. Состав реактива Фентона - 50 г/дм Н2О2 + 3 г/дм Ее804 -7Н20.
3
получены при добавлении 20 г/дм щелочи через 1 ч после обработки реактивом Фентона. Увеличение времени экспозиции до 2 ч приводит к повышению ХПК по сравнению с одночасовой экспозицией (35 600 мгО/дм ).
Наименьшее значение БПК5 отмечено в сыворотке, обработанной реактивом Фентона, после добавления к ней через 1 ч 20 г/дм гидроксида кальция (10 432 мг/дм3),
а наибольшее значение
- в аналогичных
условиях после двухчасовой выдержки.
Также неоднозначна зависимость содержания взвешенных веществ от количества добавленной щелочи и времени экспозиции обработанной сыворотки. При введении 3 г/дм3 щелочи в обработанную сыворотку через 2 часа концентра-
33
ция взвешенных веществ составляла 1268 мг/дм . Добавление 20 г/дм щелочи через 2 часа соответствует содержанию взвешенных веществ 10 080 мг/дм , а через 1 час - 34 356 мг/дм . Очевидно, процессы, происходящие в реакционной смеси, далеки от состояния равновесия и требуют дополнительного исследования.
О нестабильности рассматриваемой системы свидетельствуют и значения рН. С увеличением количества добавляемой щелочи при двухчасовой экспозиции рН увеличивается, но гораздо медленнее, чем можно было ожидать: до 5,5 при
3 г/дм3 щелочи и до 5,65 при 20 г/дм3 гидроксида кальция. Показатель рН при одночасовой экспозиции с последующим добавлением 20 г/дм гидроксида кальция равен 8,7, а при двухчасовой экспозиции в тех же условиях - 5,65. Можно предположить наличие в системе комплекса конкурирующих равновесий, в результате которых часть гидроксид-ионов выводится из кислотно-основного взаимодействия и расходуется на образование осадка или на реакции с органическими компонентами раствора.
Таким образом, на основании предварительных экспериментов по обработке молочной сыворотки сделан вывод об эффективности применения реактива Фентона в качестве реагента, снижающего ХПК, БПК5 и содержание взвешенных веществ. Корректировку рН до величин ПДК следует осуществлять гидроксидом кальция Са(0Н)2. Содержание взвешенных веществ можно снизить, если перед химической обработкой отфильтровать сыворотку.
В целях изучения влияния состава реактива Фентона на показатели качества обработанной сыворотки в образцы сыворотки объемом 10 л вводились следующие растворы:
- раствор 1 - 12,5 г/дм3 Н2О2 + 0,75 г/дм3 Ре8О4^7ЩО;
- раствор 2 - 25 г/дм3 Н2О2 + 1,5 г/дм3 Ре8О4^7ЩО;
- раствор 3 - 35 г/дм3 Н2О2 + 2,1 г/дм3 Ре8О4^7ЩО;
- раствор 4 - 50 г/дм3 Н2О2 + 3 г/дм3 Ре8О4^7Н2О;
- раствор 5 - 70 г/дм3 Н2О2 + 4,2 г/дм3 Ре8О4-7ЩО.
Одни образцы химически обрабатывались без фильтрации, другие предварительно отфильтровывались. После обработки реактивом Фентона в сыворотку добавляли гидроксид кальция.
Результаты лабораторного анализа исходной и обработанной сыворотки по показателям рН, ХПК, БПК5, содержание взвешенных веществ, содержание жиров представлены в табл. 4.
Таблица 4
Показатели качества образцов молочной сыворотки
(обрабатываемый объем - 10 л)
Реагент ХПК, мгО/дм3 БПК5, мг /дм3 Взвешенные вещества, мг/дм3 Жиры, мг/дм3 рН Цвет
Исходная сыворотка 1 65 050 53 827 3209 53,6 3,7 Светло-желтый
Без фильтрации
Раствор 1 Са(ОН)2 2,5 г/дм3 64 980 36 184 9062 34,4 6,55 Светло-коричневый
Предварительная фильтрация
Раствор 1 Са(ОН)2 2,5 г/дм3 58 840 26 812 6431 21,0 6,6 Светло-коричневый
Исходная сыворотка 2 57 140 29 540 13256 1695 3,8 Светло-желтый
Без фильтрации
Раствор 2 Са(ОН)2 3,5 г/дм3 32 920 13 086 1861 15 2,8 Черно-коричневый
Предварительная фильтрация
Раствор 2 Са(ОН)2 3,5 г/дм3 17 616 5066 1542 10,6 3,85 Черно-коричневый
Раствор 3 Са(ОН)2 8 г/дм3 40 492 14 816 -
Раствор 4 Са(ОН)2 8 г/дм3 6583 2920 305 0,5 11 Светло-желтый
Раствор 5 Са(ОН)2 8 г/дм3 12 248 4665 -
Наиболее активная фаза реакции Фентона в молочной сыворотке проходит, в среднем, через 1 ч после обработки с выделением большого количества газа (пара), пенообразованием и сильным нагревом. Обработанный реактивом Фентона объем молочной сыворотки за несколько секунд разогревается до 80 °С от исходной температуры 12 °С. За счет газонасыщения объем молочной сыворотки многократно увеличивается, что может сопровождаться выбросом реакционной массы.
Обсуждение результатов и выводы
Как следует из табл. 4, предварительная фильтрация сыворотки повышает эффективность фентон-окисления. Так, показатель ХПК в образце сыворотки 1, обработанном реактивом Фентона без фильтрации, практически не изменился, а в отфильтрованном образце уменьшился в 1,1 раза. В неотфильтрованном образце сыворотки 2, подвергшемся химической обработке, ХПК снизился в 1,7 раза, а в аналогичном образце после фильтрации наблюдалось снижение ХПК в 3,2 раза.
Фильтрация влияет и на БПК5 - в образце сыворотки 1, обработанном реактивом Фентона без фильтрации, показатель БПК5 уменьшился в 1,5 раза, а в аналогичном отфильтрованном образце - в 2 раза. В неотфильтрованном образце сыворотки 2 после химической обработки показатель БПК5 снизился в 2,2 раза, а в аналогичном образце после фильтрации наблюдалось снижение БПК5 в 5,8 раза.
На содержание взвешенных веществ, по-видимому, влияет комплекс факторов, в том числе состав реактива Фентона, которым обрабатывается сыворотка, уровень рН, устанавливающийся после добавления гидроксида кальция, а также состав исходной сыворотки. Поэтому нельзя установить зависимость данного показателя от предварительной фильтрации.
В то же время содержание жиров, уменьшающееся при химической обработке во всех образцах сыворотки, в отфильтрованных образцах снижается более существенно - в отфильтрованном образце сыворотки 1 - в 2,5 раза, а в отфильтрованном образце сыворотки 2 - в 160 раз.
При исследовании влияния состава реактива Фентона на показатели ХПК и БПК5 в отфильтрованных образцах сыворотки 2, обработанных одинаковым количеством щелочи, не удалось получить значимых зависимостей.
Таким образом, применение фентон-окисления целесообразно при обработке сточных вод предприятий по производству сыра, так как данная реакция в сочетании с интенсивным перемешиванием приводит к снижению показателей ХПК, БПК5 и содержания жиров. Однако необходимы дополнительные исследования по подбору оптимальных концентраций всех описанных в работе реагентов и условий проведения обработки для достижения показателей качества, не превышающих ПДК.
Список литературы
1. Переработка молочной сыворотки: понятная стратегия, реальные технологии, адекватные инвестиции, востребованные продукты / Д. Н. Володин, М. С. Золоторева, В. К. Топалов [и др.] // Молочная промышленность. - 2015. -№ 5. - С. 111 - 116.
2. Короткий, И. А. Современные тенденции в переработке молочной сыворотки / И. А. Короткий, И. Б. Плотников, И. А. Мазеева // Техника и технология пищевых производств. - 2019. - Т. 49, № 2. - С. 227 - 234. ао1: 10.21603/20749414-2019-2-227-234
3. Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации : постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (ред. от 22.05.2020). -
Текст : электронный. - URL : https://rpn.gov.rU/upload/iblock/51е/Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644.pdf (дата обращения : 19.01.2023).
4. Лурье, Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю. Ю. Лурье. - М. : Химия, 1984. - 448 с.
5. Окислительная очистка сточных вод производства тринитрорезорцината свинца пероксидом водорода / И. Г. Шайхиев, А. М. Зайнуллин, Г. М. Шафигул-лина, Р. З. Гильманов // Вестник технологического университета. - 2016. - № 12. -C. 176 - 179.
6. Neyens, E. A Review of Classic Fenton's Peroxidation as an Advanced Oxidation Technique / E. Neyens, J. Baeyens // Journal of Hazardous Materials. - 2003. -Vol. 98. - P. 33 - 50. doi:10.1016/S0304-3894(02)00282-0
7. Ghernaout, D. Fenton Technology for Wastewater Treatment: Dares and Trends / D. Ghernaout, N. Elboughdir, S. Ghareba // Open Access Library Journal. -17 January 2020. - Vol. 7, No. 1. - P. 1 - 28. doi: 10.4236/oalib.1106045
8. Pignatello, J. J. Advanced Oxidation Processes for Organic Contaminant Destruction Based on the Fenton Reaction and Related Chemistry / J. J. Pignatello, E. Oliveros, A. MacKay // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. -2006. - Vol. 36, No. 1. - P. 1 - 84. doi:10.1080/10643380500326564
9. Chamarro, E. Use of Fenton Reagent to Improve Organic Chemical Biodegra-dability / E. Chamarro, A. Marco, S. Esplugas // Water Research. - 2001. - Vol. 35. -P. 1047 - 1050. doi: 10.1016/S0043-1354(00)00342-0
10. Влияние рН среды на эффективность очистки сточных вод производства тринитрорезорцината свинца в условиях реакции Фентона / А. М. Зайнуллин, Л. Ф. Зайнуллина, Г. М. Шафигуллина [и др.], И. Г. Шайхиев, Е. А. Дмитриева // Вестник технологического университета. - 2017. - № 13. - C. 123 - 127.
11. Hashemian, S. Fenton Oxidation of Methyl Violet in Aqueous Solution / S. Hashemian, M. Tabatabaee, M. Gafari // Journal of Chemistry. - 2013. - Article ID 509097. - Р. 1 - 6. doi: 10.1155/2013/509097
12. Sarayu, K. Current Technologies for Biological Treatment of Textile Wastewater - A Review / K. Sarayu, S. Sandhya // Applied Biochemistry and Biotechnology. - 2012. - Vol. 167, No. 3. - Р. 645 - 661.
13. Effects of Advanced Oxidation Processes on the Decomposition Properties of Organic Compounds with Different Molecular Structures in Water / H. Suzuki, S. Yamagiwa, S. Araki, H. Yamamoto // Journal of Water Resource and Protection. -27 July 2016. - Vol. 8, No. 9. - P. 823 - 834. doi: 10.4236/jwarp.2016.89067
14. Wang, S. A Comparative Study of Fenton and Fenton-Like Reaction Kinetics in Decolourisation of Wastewater / S. Wang // Dyes and Pigments. - 2008. - Vol. 76. -P. 714 - 720. doi: 10.1016/j.dyepig.2007.01.012
15. Ultrasound-assisted heterogeneous Fenton-like degradation of tetracycline over a magnetite catalyst / L. Hou, L. Wang, S. Royer, H. Zhang // Journal of Hazardous Materials. - 25 January 2016. - Vol. 302. - P. 458 - 467. doi: 10.1016/jjhazmat.2015.09.033
16. Ultrasonic Fenton-Like Catalytic Degradation of Bisphenol a by Ferroferric Oxide (Fe3O4) Nanoparticles Prepared from Steel Pickling Waste Liquor / R. Huang, Z. Fang, X. Fang, E. Tsang // Journal of Colloid and Interface Science. - 15 December 2014. - Vol. 436. - P. 258 - 266. doi: 10.1016/j.jcis.2014.08.035
17. Heterogeneous Sono-Fenton Catalytic Degradation of Bisphenol A by Fe3O4 Magnetic Nanoparticles under Neutral Condition / R. Huang, Z. Fang, X. Yan, W. Cheng // Chemical Engineering Journal. - 15 July 2012. - Vol. 197. - P. 242 - 249. doi: 10.1016/j.cej.2012.05.035
18. Combined Ultrasound and Fenton (US-Fenton) Process for the Treatment of Ammunition Wastewater / Y. Li, W.-P. Hsieh, R. Mahmudov, X. Wei, C.P. Huang // Journal of Hazardous Materials. - 15 January 2013. - Vol. 244 - 245. - P. 403 - 411. doi: 10.1016/j.jhazmat.2012.11.022
19. Реутов, О. А. Органическая химия. Ч. 2: учебник / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. - М. : Изд-во МГУ, 1999. - 624 с.
Application of the Fenton Oxidation Method for Cheese Production Wastewater Treatment
1 2 M. A. Promtov1, O. A. Sheina2
Departments of Technological Processes, Devices and Technosphere Safety (1), promtov.ma@mail.tstu.ru, TSTU, Tambov, Russia;
Department of Chemistry and Technology of Organic Substances (2), State Scientific Research Institute of Organic Chemistry and Technology,
Moscow, Russia
Keywords: combined wastewater treatment; Fenton oxidation method; milk whey.
Abstract: The efficiency of pre-treatment of cheese production wastewater with Fenton's oxidizer has been investigated. A significant decrease in chemical oxygen demand, biological oxygen demand for 5 days, fat content in processed whey, which is the main component of cheese production wastewater, was observed. A sequence of reagent addition is proposed to achieve values of a number of wastewater quality indicators that do not exceed the threshold limit value.
References
1. Volodin D.N., Zolotoreva M.S., Topalov V.K., Evdokimov I.A., Khramtcov A.G., Mertin P. [Whey processing: clear strategy, real technologies, adequate investments, demanded products], Molochnaya promyshlenost [Dairy industry], 2015, no. 5, pp. 111116 (In Russ., abstract in Eng.).
2. Korotkiy I.A., Plotnikov I.B., Mazeeva I.A. [Current trends in whey processing], Tekhnika i tekhnologiya pisshevykh proizvodstv [Equipment and technology of food production], 2019, vol. 49, no. 2, pp. 227-234. doi: 10.21603/20749414-2019-2-227-234 (In Russ., abstract in Eng.).
3. [On approval of the Rules for cold water supply and sanitation and on amendments to some acts of the Government of the Russian Federation (edition 22.05.2020)], [Decree of the Government of the Russian Federation], 29.07.2013, no. 644. URL: https://rpn.gov.ru/upload/iblock/51e/Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644.pdf (accessed 19 January 2023) (In Russ.).
4. Lur'ye Yu.Yu. Analiticheskaya khimiya stochnyh vod [Analytical chemistry of industrial wastewater], Moscow: Khimiya, 1984, 448 p. (In Russ.)
5. Shakhiev I.G., Zaynulin A.M., Shafigulina G.M., Gil'ymanov R.Z. [Oxidative treatment of wastewater from the production of lead trinitroresorcinate with hydrogen peroxide], Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Technological University], 2016, no. 12, pp. 176-179. (In Russ., abstract in Eng.)
6. Neyens E., Baeyens J. A review of classic Fenton's peroxidation as an advanced oxidation technique, Journal of Hazardous Materials, 2003, vol. 98, pp. 33-50. doi: 10.1016/S0304-3894(02)00282-0
7. Ghernaout D., Elboughdiri N., Ghareba S. Fenton technology for wastewater treatment: dares and trends, Open Access Library Journal, 2020, vol. 7, no. 1, January 17, pp. 1-28. doi: 10.4236/oalib.1106045
8. Pignatello J.J., Oliveros E. and MacKay A. Advanced oxidation processes for organic contaminant destruction based on the fenton reaction and related chemistry, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2006, vol. 36, no. 1, pp. 1-84. doi:10.1080/10643380500326564
9. Chamarro E., Marco A. and Esplugas S. Use of fenton reagent to improve organic chemical biodegradability, Water Research, 2001, vol. 35, pp. 1047-1050. doi: 10.1016/S0043-1354(00)00342-0
10. Zaynulin A.M., Zaynulina L.F., Shafigulina G.M., Shaykhiev I.G., Dmitrieva E.A. [Influence of the pH of the medium on the efficiency of wastewater treatment of lead trinitroresorcinate production under Fenton reaction conditions], Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Technological University], 2017, no. 13, pp. 123-127 (In Russ.).
11. Hashemian S., Tabatabaee M., Gafari M. Fenton oxidation of methyl violet in aqueous solution, Journal of Chemistry, 2013: Article ID 509097, pp. 1-6. doi: 10.1155/2013/509097
12. Sarayu K., Sandhya S. Current technologies for biological treatment of textile wastewater - a review, Applied Biochemistry and Biotechnology, 2012, vol. 167, no. 3, pp. 645-661.
13. Suzuki H., Yamagiwa S., Araki S., Yamamoto H. Effects of advanced oxidation processes on the decomposition properties of organic compounds with different molecular structures in water, Journal of Water Resource and Protection, 27 July, 2016, vol. 8, no. 9. doi: 10.4236/jwarp.2016.89067
14. Wang, S. A comparative study of fenton and Fenton-like reaction kinetics in decolourisation of wastewater, Dyes and Pigments. 2008, vol. 76, pp. 714-720. doi: 10.1016/j.dyepig.2007.01.012
15. Hou L., Wang L., Royer S., Zhang H. Ultrasound-assisted heterogeneous Fenton-like degradation of tetracycline over a magnetite catalyst, Journal of Hazardous Materials. 25 January, 2016, vol. 302, pp. 458-467. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.09.033
16. Huang R., Fang Z., Fang X., Tsang E. Ultrasonic Fenton-like catalytic degradation of bisphenol a by ferroferric oxide (Fe3O4) nanoparticles prepared from steel pickling waste liquor, Journal of Colloid and Interface Science. 15 December, 2014, vol. 436. pp. 258-266. doi: 10.1016/j.jcis.2014.08.035
17. Huang R., Fang Z., Yan X., Cheng W. Heterogeneous sono-Fenton catalytic degradation of bisphenol a by Fe3O4 magnetic nanoparticles under neutral condition, Chemical Engineering Journal. 15 July, 2012, vol. 197, pp. 242-249. doi: 10.1016/j.cej.2012.05.035
18. Li Y., Hsieh W.-P., Mahmudov R., Wei X., Huang C.P. Combined ultrasound and Fenton (US-Fenton) process for the treatment of ammunition wastewater, Journal of Hazardous Materials. 15 January, 2013, vol. 244-245, pp. 403-411. doi: 10.1016/j.jhazmat.2012.11.022
19. Reutov O.A., Kurtc A.L., Butin K.P. Organicheskaya khimiya. P.2: Uchebnik [Organic Chemistry. Part 2: Textbook], Moscow: MSU Publishing House, 1999. 624 p. (In Russ.)
Anwendung der Fenton-Oxidationsmethode für die Abwasserbehandlung von Käseproduktionen
Zusammenfassung: Es ist die Effizienz der Vorbehandlung von Abwasser aus Käseproduktion mit dem Oxidationsmittel von Fenton untersucht. Es ist ein signifikanter Rückgang der Indikatoren des chemischen Sauerstoffverbrauchs, des biologischen Sauerstoffverbrauchs für 5 Tage und des Fettgehalts in verarbeiteter Molke festgestellt,
die der Hauptbestandteil des Abwassers der Käseproduktion ist. Eine Reihenfolge der Einführung von Reagenzien ist vorgeschlagen, um Werte für eine Reihe von Abwasserqualitätsindikatoren zu erreichen, die die MPC nicht überschreiten.
Application de la méthode d'oxydation fenton pour le traitement des eaux usées
Résumé: Est étudiée l'efficacité du prétraitement des eaux usées de la production de fromage avec l'oxydant Fenton. Est marquée un diminution considerable de la consommation chimique d'oxygène, une consommation biologique d'oxygène pendant 5 jours et une teneur en matières grasses du lactosérum transformé, ce qui est la principale composante des eaux usées de la production de fromage. Est proposée une séquence d'administration de réactifs pour atteindre un certain nombre d'indicateurs de qualité des eaux usées qui ne dépassent pas la concentration maximum tolérable.
Авторы: Промтов Максим Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность», декан факультета международного образования, ФГБОУ ВО «ТГТУ», Тамбов, Россия; Шеина Ольга Александровна - кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и технология органических веществ», ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии», Москва, Россия.
