CC BY
24
УДК 542.938.541.49
Т. Ю. Гумеров, О. А. Решетник
ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ НА ПРОЦЕСС КОАГУЛЯЦИИ
Ключевые слова: очистка сточных вод, удаление белково-жировых примесей.
Сточные воды, являющиеся результатом деятельности предприятий общественного питания, содержат в своём составе значительное количество белково-жировых компонентов, нуждающихся в тщательном удалении. Физико-химическими методами анализа определен характер воздействия коагулянтов на белково-жировые примеси.
Keywords: sewage treatment, removal of albuminous and fatty impurity.
The waste water resulting from activity of the enterprises of the establishments ofpublic catering, contain a significant amount of protein-lipoid components in its structure require careful clearing. Physical and chemical methods of analysis and method of mathematical modeling were used in determination of character of flocculent influence on protein-lipoid impurities.
В работе изучено поведение сточных вод, содержащих примеси органической природы, в различных количественных соотношениях при воздействии неорганических коагулянтов. Предложен метод количественной оценки белковой и липидной составляющих сточных вод на основе данных различных методов анализа.
Большинство реальных сточных вод, являющихся результатом деятельности предприятий пищевой и легкой промышленности, представляют собой сложные дисперсные системы с большим количеством примесей органической и неорганической природы [1, 2]. Наиболее трудноудаляемыми примесями являются эмульгированные жиры и белки. Изучение поведения белков и липидов на межфазной поверхности, образованной каплей эмульсии типа «масло/вода» и водной дисперсионной средой облегчает методику подбора коагулянтов и их концентраций.
В качестве объектов исследования выбраны реальные сточные воды мясоперерабатывающих предприятий (система I и система II). Изучен химический состав проб общего стока, убойного и колбасного производств. Для определения основных органических примесей в пробах сточных вод использованы методы Лоури и Сокслета.
В целях установления структурно-группового состава образцов был применен метод ИК-Фурье спектроскопии [3]. В целях идентификации белка был снят спектр альбумина бычьего в вазелиновом масле, а для определения жиров - спектр олеиновой кислоты. Характеристическими полосами в ИК-спектре альбумина являлись полосы, отвечающие деформационным колебаниям КН - связи при 1533 см-1 и 1655 см-1, а также валентные колебания КН - связи, вовлеченные во внутримолекулярную водородную связь при длине волны 3290 см-1. Характерными полосами для олеиновой кислоты являлись валентные колебания С=О групп при 1710 см-1, деформационные колебания С-О - дублет при 1282 и 1250 см-1, и деформационные колебания О-Н при 938 см-1.
Для смеси альбумина и олеиновой кислоты в соотношениях 1: 1 определены оптические
плотности полос поглощения при 1533 и 1710 см-1 соответственно. Содержание белков и жиров определено по оптическим плотностям соответствующих полос поглощения в экстрактах сточных вод.
В качестве коагулянтов для очистки сточных вод были использованы сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85), хлорид алюминия (ТУ 38-10261-38), треххлористое железо (ГОСТ 4147-74) [4].
Оптимальные концентрации растворов коагулянтов определены методам
седиментационного анализа и измерения оптической плотности по методике, изложенной в работе [5].
и
«и
1113 IC30 1550 L380 mo IU0 1100 ино
ом
Частота поглощения, см
Рис. 1 - Гистограмма исходных стоков: Система I Система II
ряд 1 - общий сток ряд 4 - общий сток ряд 2 - колбасный цех ряд 5 - колбасный цех ряд 3 - убойный цех ряд 6 - убойный цех
На рис.1 приведены результаты изучения химического состава образцов до очистки сточных вод, полученные методом ИК - спектроскопии. Наличие одинаковых полос в ИК - спектрах экстрактов отвечающих колебаниям групп и связей, свидетельствует о близости структурно-групповых составов образцов.
Количественное определение белков и жиров в образцах сточных вод произведено путем сопоставления оптических плотностей полос поглощения в экстрактах с оптическими плотностями полос поглощения эталонов альбумина бычьего и олеиновой кислоты при 1533 см-1 и 1710 см-1 соответственно. Полученные значения представлены в виде соотношения жира и белка КЖ/Б (табл. 1), а результат сопоставления - на гистограммах рисунка 2.
Таблица 1 - Экспериментальные данные
Производство Концентрация коагулянтов, % ИК-метод, % Кж/б
БеСЬ |Л1С1з | ЛЬ^О^ жиры | белки
Исходная вода Системы I
Общий сток 0,02 0,03 0,0275 45,39 27,8 1,631
Колбасный цех 0,04 0,06 0,05 58,55 37,8 1,548
Убойный цех 0,03 0,045 0,04 52,02 33,9 1,535
Исходная вода Системы II
Общий сток 0,0125 0,02 0,0175 40,29 18,9 2,132
Колбасный цех 0,03 0,04 0,045 45,66 21,92 2,283
Убойный цех 0,025 0,03 0,035 41,76 20,11 2,077
1-калибровочная 2-общий сток 3-колбасный сток 4-убойный цех смесь
□ 1 □: пз □!
Рис. 2 - Гистограмма, отражающая соотношение белков и липидов в образцах сточных вод:
1 - белок (альбумин бычий) Система I
2 - жиры (олеиновая кислота) Система I
3 - белок (альбумин бычий) Система II
4 - жиры (олеиновая кислота) Система II
Для сопоставления численных значений КЖ/Б, полученных методом ИК - спектроскопии, проведена оценка этого параметра методом Сокслета и Лоури. Результаты расчетов КЖ/Б (табл. 1) свидетельствуют о близости полученных значений. Отмеченная особенность позволяет, в зависимости от оснащенности химических лабораторий предприятий производить оценку параметра Кжв как методом ИК-Фурье спектроскопии, так и химическими методами анализа (Сокслет и Лоури) [6].
Применение реагентного метода очистки сточных вод от примесей белково-липидного характера эффективно в случае использования коагулянтов на основе солей алюминия и железа. При изучении процессов коагуляции методом седиментационного анализа наблюдали одну и ту же закономерность воздействия каждого из взятых коагулянтов на процесс осаждения примесей.
1 -=-5 ---1 ---4 -■-■> ---й
Рис. 3 - Кривые седиментации. Система I (общий сток): 1 - РеС13 0.02 %; 2 - А1С13 0.03 %; 3 -А12(804)3 0.0275 %. Система II (общий сток): 4 -РеС13 0.0125 %; 5 - А1С13 0.02 %; 6 - А12(804)3
0.0175 %
Из полученных данных, приведенных на рисунке 3 следует, что наиболее эффективно процесс коагуляции происходит в образцах сточной воды колбасного производства, затем - убойного и значительно медленнее, вследствие возможного разбавления стоков, в образцах общего стока предприятий.
Сопоставление оптимальных концентраций коагулянтов, найденное методом
седиментационного анализа и измерения оптической плотности по методике работы [6], показывает, что между оптимальными концентрациями коагулянтов и соотношением КЖ/Б, отражающим состав дисперсной фазы, существует взаимосвязь. Как свидетельствуют данные таблицы
1, увеличение доли липидов на межфазной границе эмульсия «масло - вода» приводит к уменьшению оптимальных концентраций коагулянтов. Так изменение КЖ/Б от значений 1,60 до значений 2,10 соответствует уменьшению значений оптимальных концентраций коагулянтов.
Выводы
Показана сопоставимость результатов изучения проб сточных вод методами Сокслета, Лоури и ИК-Фурье спектроскопии. Численные значения представлены в виде эффективных констант КЖ/Б, которые отображающют соотношение белково-липидных составляющих сточных вод мясоперерабатывающих предприятий. Найдена зависимость между составом дисперсной фазы и оптимальными концентрациями коагулянтов применяемые для дестабилизации систем.
Численные значения эффективных констант КЖ/Б, находятся во взаимосвязи с оптимальными значениями концентраций коагулянтов, что позволяет прогнозировать необходимый расход реагентов для очистки сточных вод в зависимости от содержания в них органических примесей [7].
Литература
1. Надысев, В.С. Очистка сточных вод масло-жировой промышленности / В.С. Надысев. М.: Пищ. Пром. 1976. 180с.
2. Справочник по общей биохимии. / Под ред. Ю.Б. Филиппович М.: Просвещение, 1982. 311 с.
3. Беллами, Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Издательство иностранной литературы. 1963. 590с.
4. Виноградов, В.Ю. Анализ воздействия загрязненной окружающей среды на здоровье населения / В. Ю. Виноградов, А. А. Сайфуллин, А. Назиманов // Молодой ученый - № 12.-1(92) - 2015. - 20 с.
5. Гумеров, Т.Ю. Са1си1ай^ сошро8Шои and еqui1ibrшш сош1ж^ о! Ие1егопис1еаг сошр1ехе8 in syslsm AL(III)-СЩЩ-ШО-ОН—СЬ-/ Т.Ю.Гумеров, О.А. Решетник // Вестник КГТУ, 2014, Т.17, №21, С.32-35.
6. Гумеров Т.Ю. Процессы коагуляции при очистке сточных вод предприятий общественного питания / Т.Ю. Гумеров, О.А. Решетник // Вестник КГТУ, 2015, Т.18, №5, С.233-236.
7. Гумеров Т.Ю. Особенности метода дендроиндикации при изучении асимметрии морфологических признаков организмов / Т. Ю. Гумеров, О. А. Решетник // Вестник КГТУ, 2015, Т.18, №17, С.221-225.
© Т. Ю. Гумеров - к.х.н. доцент кафедры ТПП КНИТУ, И-11то1Ы@таД.ги; О. А. Решетник - д.т.н., профессор зав. кафедрой ТПП КНИТУ.
© T. U. Gumеrоv - Сandidatе о!" Siеnсеs (РИ.Б.) in 1^тееп^, БосеП; (Assосiatеd Рrоfеssоr) о! Не Бераг1шеп1 о! Tесhnо1оgy о! Fооd Рrоduсtiоns &ош Fara1ty о! Fооd Tесhnо1оgy in Kazan Natiоna1 Rеsеarсh Tесhnо1оgiсa1 Univеrsity, tt-tiшоfеi@шai1.ru; О. A. Реshеtnik - Бойог о! Тес11шса1 Sсiеnсеs, Рrоfеssоr, suреrvisоr о! Не о! thе Dерartшеnt о! Tесhnо1оgy о! Fооd Рrоduсtiоns &ош FaOT1ty о! Fооd Tесhnо1оgy in Kazan Natirna1 Rеsеarсh Tесhnо1оgiсa1 Univеrsity.
