Исследование возможности использования отходов деревоперерабатывающей промышленности для очистки модельных вод от ионов тяжелых металлов 2. Исследование экстрактов из отходов деревопереработки (коры дуба) для удаления ионов Cu (II)

С. В. Степанова, А. И. Багаува, И. Г. Шайхиев

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ

ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ОЧИСТКИ

МОДЕЛЬНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКТОВ ИЗ ОТХОДОВ ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ

Ключевые слова: отход, кора дуба, модельная вода, ионы железа (III), экстракция, сорбция,

очистка.

В работе исследована возможность очистки модельных вод от ионов меди (II) экстрактом коры дуба в различных соотношениях. Эксперимент проведен в различных условиях: изменение значение рН среды как экстрактов коры дуба, так и модельных вод. Наибольшая эффективность очистки (100 %) достигнута при соотношении ЭКД: МВ = 1:1.

Keywords: whithdrawal, oak bark, modeling water, ions of iron (III), extraction, sorbtion,

clearing.

In work possibility of clearing of modeling waters from ions of copper (II) extract of a bark of an oak in various parities is investigated. Experiment is spent in various conditions: change value pH environments as extracts of a bark of an oak, and modeling waters. The greatest efficiency of clearing (100 %) is reached at parity EBO: МУ = 1:1.

Одной из самых актуальных проблем на современном этапе развития научнотехнического прогресса является проблема охраны природы от загрязнений.

Загрязнения окружающей среды особенно сильно отражается на состоянии открытых водоемов. Повышение концентраций загрязняющих веществ может привести к ухудшению физико-химических и органолептических свойств воды, к возникновению кислородного дефицита, а в итоге к существенному изменению всего гидрохимического режима водоема, следовательно, и условий обитания в них водных организмов.

Ионы тяжелых металлов относятся к одной из наиболее опасных групп веществ, загрязняющих биосферу. Наибольший вклад (80%) в отравление окружающей среды ИТМ вносят гальванические производства. Так, ежегодно в природу выбрасывается до 1 км3 токсичных гальваностоков, содержащих 50 тысяч тонн тяжелых металлов, 25-30% этих стоков попадает в водные бассейны.

При недостаточной очистке стоков от ИТМ, попадая в водоемы, отрицательно влияют на обитающие в них одноклеточные организмы, растения и животные. В трофической цепи питания ионы металлов могут попадать в организм человека, вызывая аллергические заболевания, бронхиальную астму, окислительно-восстановительные реакции, приводя к новообразованиям. Поэтому очистка сточных вод от ИТМ становится первоочередной задачей [1, 2].

Некоторые виды деревьев являются промышленно значимыми породами и интенсивно используются в народном хозяйстве. При этом огромное количество коры, образующейся при окорке деловой древесины, ежегодно скапливается в стране количестве до 10 млн т, практически не используется, собирается в отвалы, где гниет, или сжигается. В то же время кора- это реальный сырьевой ресурс - богатейший источник многих уникальных природных соединений. Использование различных растворителей позволяет извлекать из коры смолистые вещества, в состав которых входят и терпеноиды, фенольные соединения, танниды, пектины. В данной работе обобщены материалы по использованию отходов деревопереработки для очистки сточных вод.

Следует отметить, что все отходы переработки товарной древесины можно разделить на две большие группы. К отходам первой группы относятся продукты механической обработки древесины (опилки, ветки, сучья, щепа, кора и т.д.), к отходам второй группы -продукты химической обработки древесины (лигнин).

При переработке дерева в производство поступает всего 34% древесины. Отходы древесины состоят из: 10% коры, 3% щепы и стружек, 8% опилок и 45% образцов, горбыля и др. [3]. Уже несколько десятилетий интенсивно разрабатываются методы их использования для очистки сточных вод различных производств, изучаются различные факторы, влияющие на степень очистки и способы модификации для повышения их эффективности.

В тоже время, например экстракт из коры дуба - перспективный материал для удаления из сточных вод вредных поллюантов. В предыдущей работе показана возможность очистки модельных вод как экстрактом из коры дуба, так и опилками из коры дуба от ионов железа (III).

По химическим свойствам медь занимает промежуточное положение между элементами первой триады VIII группы и щелочными элементами I группы периодической системы Д. И. Менделеева. Медь, как и Fe, Со, N склонна к комплексообразованию, даёт окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Медь образует многочисленные устойчивые комплексные соединения - (NH4)2CuBrз; KзCu(CN)4- комплексы типа двойных солей; [Cu{SC(NH2)}2]Cl, CsCuCl3, K2CuCl4 и др. Учитывая это, сделано предположение, что медь, как и железо способна образовать комплексы с органической частью ЭКД [4].

Учитывая вышеизложенное, в работе начаты исследования, целью которых являлось изучение возможности использования водного ЭКД для очистки сточных вод, содержащих ионы меди (II).

Проведено три опыта с разными значениями рН среды ЭКД для нахождения наиболее оптимальных условий для очистки модельной воды (МВ) от ионов меди (концентрацией 500 мг/л): первый опыт проводился с ЭКД в среде рН=4,71, второй - с рН=2,04 (ЭКДк), третий - рН=8,54 (ЭКДщ).

Таблица 1 - Физико-химические показатели ЭКД, ЭКДК, ЭКДщ и МВ

Показатель Размерность ЭКД ЭКДк ЭКДщ МВ

рН - 4,71 2,04 8,54 4,47

ХПК мг О2/л 1600 1200 1800 20

Светопропускание (Т) % 27 15,5 1,23 79

Оптическая плотность (Б) - 0,91 0,84 1,766 0,09

Известно, что при взаимодействии соли меди с щелочью образуется гидроксид меди:

CuSO4 + 2NaOH = |+ Na2SO4,

который при выпадении в осадок захватывает с собой мелкодисперсные взвеси, и формируются хлопья.

Из приведенных выше литературных данных известно, что некоторые вещества коры дуба в составе молекул содержат большое количество ОН- групп. Исходя из этого сделано предположение, что при добавлении кислоты в ЭКД, могут образоваться новые соединения, которые возможно будут лучше реагировать с солью меди, содержащейся в МВ. С этой целью ЭКД подкислялся 0,1 н. раствором H2SO4.

В 6 конических колб (250 мл) приливалось по 50 мл раствора СиБ04-5 Н2О с концентрацией ^2+ 500 мг/л. Затем добавлялось в каждую колбу 5, 10, 20, 30, 40 и 50 мл ЭКД. Осаждение наблюдалось в течение 150 мин. Затем раствор отфильтровывался, и в фильтратах определялось остаточное содержание ионов ^ +, а так же другие физикохимические характеристики.

Изучив зависимости изменения объема осадка от времени, следует вывод о том, что в экспериментах при применении ЭКД, ЭКДщ самое минимальное время седиментации 60 мин выявлено в соотношении ЭКД:МВ 40:50, это объясняется тем ,что в этом соотношении образуются более крупные хлопья.

Объем экстракта, мл

«—ЭКД --а--ЭКДк ---ж--- ЭКДщ

Рис. 1 - Зависимость изменения ХПК раствора от объема добавленного экстракта

Изучив зависимости изменения значений ХПК растворов (рис. 1) от объема добавленных ЭКД, ЭКДК, ЭКДщ можно сделать следующие выводы: во всех случаях значения ХПК растворов повышалось, что закономерно, так как увеличивались объемы добавленных экстрактов.

Изменение рН смесевых стоков после добавления к ним экстракта позволяет косвенно судить о реакции между ионами ^2+ и ОН- группами в составе ЭКД. Предположительно ОН- группы, входящие в состав ЭКД, реагировали с ионами меди находящимися в МВ, что позволяет значительно повысить эффективность удаления их из раствора. В ре-

зультате гидролиза двухвалентной меди (Си3О4) образовывался Си(ОН)2, который начинает осаждаться уже при рН = 3,05 и остается в коллоидном состоянии до рН - 7.

Важнейшим показателем смесевых стоков, исследуемых в данной работе, является остаточное содержание ионов Си2+ (рис. 2).

Самым эффективным, по изученным данным, можно признать использование для удаления из МВ ионов меди ЭКД в соотношении объемов к МВ 1:1, так как очистка идет на 100%.

Чаще всего в промышленности гальваностоки имеют низкие значения рН=2-3. С этой целью проведены исследования возможности очистки с помощью ЭКД кислых растворов меди. В этой части работы исследовалась возможность очистки МВ при ее значениях рН(МВ-|)=2,76 и рН(МВ2)=2,06.

Рис. 2 - Зависимость остаточной концентрации ионов Си2+ в фильтратах, от объема добавленного ЭКД

Рис. 3 - Зависимость изменения ХПК раствора МВ и ЭКД от объема добавленного экстракта

О 5 10 20 30 40 50

Объем экстракта, мл

Рис. 4 - Зависимость остаточной концентрации ионов Си2+ в фильтратах, от объема добавленного ЭКД

Таким образом, в работе показана возможность очистки водным экстрактом коры дуба модельной воды от ионов меди: при этом минимальная остаточная концентрация ионов Си2+ достигнута при смешении ЭКД с МВ в соотношении 1:1 (очистка прошла на 100%), а при смешении ЭКД с МВ1 и МВ2 - на 93,89 % и 89,83 % соответственно.

Литература

1. Кисилева, Л.А. Сорбционные свойства хитин.глюконового комплекса гриба РЬЕиЯ0Ти8 08-ТЯАТ^ и изучение процесса сорбирования ионов Си2+/ Л.А. Кисилева и [др.] // Вестник Казанского техно. ун-та. - 2002. - № 1.- С. 15-18.

2. Наумов, С. В. Экологизация технологического оборотного водоснабжения / С.В. Наумов, А.А. Мухутдинов, О.А. Сольяшинова // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010. - № 1.- С. 208-212.

3. Торопов, Л.И. Способы очистки сточных вод от тяжелых металлов / Л.И. Торопов, И.М. Агафонова : Тез. докл. междун. науч. конф. «Перспективы развития естественных наук в высшей школе».- Пермь: ПГУ.- 2001.- 58с.

4. Таблица Менделеева [электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://www.chemport.m/pertaЫe/elinfo.php?el=29 свободный.

© С. В. Степанова - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной экологии КГТУ, ssvkan@mail.ru; А. И. Багаува - асп. той же кафедры; И. Г. Шайхиев - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной экологии КГТУ, ildars@inbox.ru.