ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Безопасность строительства и городского хозяйства

Исследование сорбционных свойств брикетированного торфа для очистки сточных вод от ионов кадмия, свинца и меди

  • Житенев Борис Николаевич - Брестский государственный технический университет (БрГТУ)
  • Гуринович Анатолий Дмитриевич - Белостокский технический университет
  • Сенчук Дарья Дмитриевна - Брестский государственный технический университет (БрГТУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2020.11.1534-1545
Страницы: 1534-1545
Введение. В настоящее время ведутся активные исследования: методов очистки сточных вод от таких токсичных металлов, как кадмий, свинец, медь и др., с применением новых композиционных сорбентов; по совершенствованию ионообменной очистки, осаждению, например, в виде сульфидов или оксалатов; сорбцией золой от сжигания древесины; биосорбцией растениями. Одно из перспективных направлений — применение технологий сорбционной очистки сточных вод с использованием торфа. Наличие в Республике Беларусь значительных запасов торфа создает реальные предпосылки для выпуска дешевых, экологически безопасных сорбентов на основе модифицированного брикетированного торфа. Цель исследования — изучение сорбционных свойств брикетированного торфа для очистки сточных вод от ионов кадмия, свинца и меди. Материалы и методы. Использованы физико-химические, технологические, математические методы. Результаты. Выполнены исследования кинетики сорбции брикетированным торфом ионов Сd+2, Pb+2 и Cu+2. Установлено, что с увеличением крупности зерен брикетированного торфа эффективность сорбции снижается. Процесс сорбции протекает интенсивно: в течение первых 5 мин из раствора извлекаются ионы Сd+2, Pb+2 и Cu+2, соответственно 91,11; 96,96 и 88,39 %. За 20 мин степень достижения равновесия составила F = 0,98 для Сd+2 и Pb+2 и F = 0,96 для Cu+2, а при продолжительности процесса 40 мин для всех ионов F = 0,99. Кратность извлечения — отношение исходной концентрации к равновесной составило для ионов Сd+2 — 114, Pb+2 — 162, Cu+2 — 93. Сорбционная емкость при насыщении: по Сd+2 — 0,0778 мМоль/г (8,75 мг/г), по Pb+2 — 0,8205 мМоль/г (170,00 мг/г), по Cu+2 — 2,707 мМоль/г (172 мг/г). С помощью уравнений диффузионной и химической кинетики определено, что про­цесс сорбции идет в диффузионном режиме, при этом вклад в общую скорость процесса вносит стадия химического взаимодействия ионов металла с функциональными группами торфа. Выводы. Брикетированный торф является эффективным сорбентом для очистки сточных вод от ионов Сd+2, Pb+2 и Cu+2. Процесс сорбции практически заканчивается через 20 мин.
  • брикетированный торф;
  • ионы Сd+2;
  • Pb+2;
  • Cu+2;
  • сточные воды;
  • диффузионная и химическая кинетика;
Литература
  1. Ramirez M., Massolo S., Frache R., Correa J.A. Metal speciation and environmental impact on sandy beaches due to El Salvador copper mine, Chile // Marine Pollution Bulletin. 2005. Vol. 50. Issue 1. Pp. 62–72. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2004.08.010
  2. Ellwood M.J. Zinc and cadmium speciation in subantarctic waters east of New Zealand // Marine Chemistry. 2004. Vol. 87. Issue 1–2. Pp. 37–58. DOI: 10.1016/j.marchem.2004.01.005
  3. García-Hernández J., García-Rico L., Jara-Marini M.E., Barraza-Guardado R., Weaver A.H. Concentrations of heavy metals in sediment and organisms during a harmful algal bloom (HAB) at Kun Kaak Bay, Sonora, Mexico // Marine Pollution Bulletin. 2005. Vol. 50. Issue 7. Pp. 733–739. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2005.02.027
  4. Buck N.J., Gobler C.J., Sañudo-Wilhelmy S.A. Dissolved trace element concentrations in the east river−long island sound system: relative importance of autochthonous versus allochthonous sources // Environmental Science & Technology. 2005. Vol. 39. Issue 10. Pp. 3528–3537. DOI: 10.1021/es048860t
  5. Видинеева Е.М., Толкачева Г.А., Верещагина Н.Г. О тенденциях загрязнения тяжелыми металлами речных вод Чирчик-Ахангаранского бассейна // Труды Научно-исследовательского гидрометеорологического ин-та Узгидромета. 2006. № 1. С. 102–109, 168, 175, 182.
  6. Adami G., Capriglia L., Barbieri P., Cozzi F., Coco F.L., Acquavita A., Reisenhofer E. Sediment metal contamination in a Creek flowing from a pristine to an industrial area of Trieste Province (Italy) // Annali di Chimica. 2006. Vol. 96. Issue 9–10. Pp. 601–612. DOI: 10.1002/adic.200690061
  7. Croisetière L., Hare L., Tessier A., Duchesne S. Modeling cadmium exchange by an aquatic moss (Fontinalis dalecarlica) // Environmental Science & Technology. 2005. Vol. 39. Issue 9. Pp. 3056–3060. DOI: 10.1021/es049272i
  8. Kola H., Wilkinson K.J. Cadmium uptake by a green alga can be predicted by equilibrium modelling // Environmental Science & Technology. 2005. Vol. 39. Issue 9. Pp. 3040–3047. DOI: 10.1021/es048655d
  9. Марков В.Ф., Формазюк Н.И., Маскаева Л.Н., Макурин Ю.Н., Васин А.Н. Использование композиционного сорбента для извлечения из водных растворов меди, никеля, цинка, кадмия // Экологические проблемы промышленных регионов : мат. 7-й Всеросс. науч.-практ. конф. Екатеринбург, 2006. С. 224.
  10. Silva D.L., Brunner G. Desorption of heavy metals from ion exchange resin with water and carbon dioxide // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2006. Vol. 23. Issue 2. Pp. 213–218. DOI: 10.1590/s0104-66322006000200008
  11. Tomaszewska M., Jeschke A., Borowiak-Resterna A., Cierpiszewski R., Prochaska K. Studies on the rate of extraction of Cd(II) from chloride systems with hydrophobic nicotinamide derivatives // Przemysl Chemiczny. 2006. Vol. 85. Issue 8–9. Pp. 668–670.
  12. Пат. № 7011756 США, МПК C 02 F 1/62, C 02 F 3/28. In situ immobilization of metals within density variant bodies of water / Harrington Joseph G.; заявл. № 10/398703 03.10.2001; опубл. 14.03.2006; НПК 210/603.
  13. Nystroem G.M., Ottosen L.M., Villumsen A. Electrodialytic removal of Cu, Zn, Pb, and Cd from harbor sediment: Influence of changing experimental conditions // Environmental Science & Technology. 2005. Vol. 39. Issue 8. Pp. 2906–2911. DOI: 10.1021/es048930w
  14. Gavris G., Burtica G., Iovi A. Study of the cleaning process with cadmium ions from residual waters // Buletinul Ştiinţific al Universităţii “Politehnica” din Timisoara, ROMÂNIA Seria CHIMIE ŞI INGINERIA MEDIULUI. 2005. Vol. 50. Issue 1–2. Pp. 163–165.
  15. Reddad Z., Gerente C., Andres Y., Le Cloirec P. Valorisation d’un sous-produit de l’industrie sucrière : mise en œuvre dans un procédé de traitement d’eaux usées industrielles // Déchets, sciences et techniques. 2005. Issue 39. DOI: 10.4267/dechets-sciences-techniques.1966
  16. Chirenje T., Ma L.Q., Lu L. Retention of Cd, Cu, Pb and Zn by wood ash, lime and fume dust // Water, Air, & Soil Pollution. 2006. Vol. 171. Issue 1–4. Pp. 301–314. DOI: 10.1007/s11270-005-9051-4
  17. Лиштван И.И., Дударчик В.М., Коврик С.И., Смычник Т.П. Очистка сточных вод от металлов-экотоксикантов торфяными препаратами // Химия и технология воды. 2007. Т. 29. № 1. С. 67–74.
  18. Богуш А.А., Мороз Т.Н., Галкова О.Г., Маскенская О.М. Применение природных материалов для очистки техногенных вод // Экология промышленного производства. 2007. № 2. С. 63–69.
  19. Богуш А.А., Трофимов А.Н. Применение торфогуминовых веществ для снижения техногенного влияния отходов на окружающую среду // Химическая промышленность. 2005. Т. 82. № 3. С. 153–158.
  20. Арканова И.А., Китаев Д.М., Луценко Ю.Д. Новые фильтрующие материалы для очистки природных вод // Достижения науки –– агропромышленному производству : мат. 46-й Междунар. науч.-техн. конф. Челябинск, 2007. Ч. 3. С. 164–169.
  21. Ulmanu M., Anger I., Fernández Y., Castrillón L., Marañón E. Batch chromium(VI), cadmium(II) and lead(II) removal from aqueous solutions by horticultural peat // Water, Air, and Soil Pollution. 2008. Vol. 194. Issue 1–4. Pp. 209–216. DOI: 10.1007/s11270-008-9709-9
  22. Пат. RU № 2174439 Россия, МПК B 01J 20/28, 20/24, 20/30. Сорбционно-фильтровальная загрузка для очистки воды и способ ее производства / Косов В.И., Баженова Э.В. Патентообл. Твер. гос. техн. ун-т. ; заявл. № 2000116957/12 26.06.2000; опубл. 10.10.2001.
  23. Косов В.И., Баженова Э.В. Исследования сорбентов на природной основе для очистки промстоков от цинка // Проблемы инженерного обеспечения и экологии городов : Международ. научно-практическая конф. 1999. С. 130–133.
  24. Косов В.И., Баженова Э.В., Чаусов Ф.Ф. Очистка промстоков от ионов цинка с применением гранулированного торфа // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2001. № 7. С. 38–40.
  25. Янг-Тсе Ханг, Ло Говард Г. Очистка сточных вод производства по переработке картофеля с использованием адсорбции торфом и глиной и биопрепаратов // Исследование проблем водоснабжения, водоотведения и подготовки специалистов: межвузовский сб. научных трудов. 1999. С. 129–132.
  26. Пат. № 6429171 США, МПК B 01 J 20/22. Method of processing peat for use in contaminated water treatment / Environmental Filtration, Inc., Clemenson Lyle J.; Заявл. № 09/514197 25.02.2000; опубл. 06.08.2002; НПК 502/404.
  27. Sun Qing-ye, Yang Lin-zhang. Chengshi huanjing yu chengshi shengtai // Urban Environ. and Urban Ecol. 2002. Vol. 15. Issue 3. Pp. 5–8.
  28. Баженова Э.В. Экспериментальное обоснование способов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов торфяными модификациями : автореф. дис. … канд. техн. наук. Тверь, 2002. 22 с.
  29. Томсон А., Самсонова А.С., Алещенкова З.М., Николаенков А.И., Мелещенко Б.А., Соколова Т.В. и др. Перспективы использования торфа для решения комплексной проблемы охрана окружающей среды // Физика и химия торфа в решении проблем экологии : тез. докл. Междунар. симп. Минск, 2002. С. 158–160.
  30. Вялкова Е.И., Большаков А.А. Очистка сточных вод с использованием природных материалов и отходов производства // Актуальные проблемы современного строительства : сб. науч. тр. 32 Всеросс. науч.-техн. конф. Пенза, 2003. С. 194–198.
  31. Ma W., Tobin J.M. Development of multimetal binding model and application to binary metal biosorption onto peat biomass // Water Research. 2003. Vol. 37. Issue 16. Pp. 3967–3977. DOI: 10.1016/s0043-1354(03)00290-2
  32. Ho Y.S., McKay G. Sorption of Copper(II) from aqueous solution by peat // Water, Air & Soil Pollution. 2004. Vol. 158. Issue 1. Pp. 77–97. DOI: 10.1023/b:wate.0000044830.63767.a3
  33. Sun Q.Y., Lu P., Yang L.Z. The adsorption of lead and copper from aqueous solution on modified peat–resin particles // Environmental Geochemistry and Health. 2004. Vol. 26. Issue 2. Pp. 311–317. DOI: 10.1023/b:egah.0000039595.12014.6b
  34. Дремичева Е.С. Изучение кинетики сорбции на торфе ионов железа(III) и меди(II) из сточных вод // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2017. Т. 58. № 4. С. 204–207.
  35. Житенев Б.Н., Сенчук Д.Д. Исследование сорбционных свойств брикетированного торфа для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Вестник Брестского государственного технического университета. 2019. № 2 (115). С. 61–65.
СКАЧАТЬ (RUS)