Извлечение СПАВ из модельных растворов отходом производства дисахаридов

С. В. Свергузова, Ж. А. Сапронова, И. Г. Шайхиев,

Р. О. Фетисов

ИЗВЛЕЧЕНИЕ СПАВ ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ОТХОДОМ ПРОИЗВОДСТВА ДИСАХАРИДОВ

Ключевые слова: отход сахарного производства, поверхностно-активные вещества, очистка.

Исследована очистка синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) из модельных сточных вод дефекатом - отходом переработки сахарной свеклы. Определена эффективность удаления СПАВ от содержания в составе модельных растворов, температуры и времени контактирования. Показано, что термически обработанный дефекат способствует эффективному извлечению СПАВ из водных сред.

Key words: waste from sugar production, surface-active agents, cleaning.

Investigated the treatment of synthetic surface-active agents (surfactants) from model wastewater defekat - waste of sugar beet. The efficiency of removal of surfactants on the content of the composition of model solutions, temperature and contact time. It is shown that heat-treated defekat promotes effective recovery surfactants from aqueous media.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого поверхностную энергию (поверхностное натяжение) [1, 2].

В водные объекты СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами (текстильная, нефтяная, химическая промышленность,

производство синтетических каучуков и др.), а также со стоком с сельскохозяйственных угодий (в качестве эмульгаторов СПАВ входят в состав инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и дефолиантов).

Попадая в водоемы и водотоки, СПАВ оказывают негативное влияние на их физикобиологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства и сохраняются там на долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным, с гигиенической точки зрения, свойством СПАВ является их высокая пенообразующая способность. Хотя СПАВ не являются высококачественными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионтов. Так, при концентрациях СПАВ 5-15 мг/дм3 рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение жабр [3].

Большинство СПАВ обладают чрезвычайно широким диапазоном отрицательного влияния как на организм человека и водные системы, так и на качество воды. Прежде всего они придают воде стойкие специфические запах и привкусы, а некоторые из них могут стабилизировать неприятные запахи, обусловленные другими соединениями [3].

Попадая в водоемы, СПАВ активно участвуют в процессах перераспределения и трансформации других загрязняющих веществ (таких как хлорофос, анилин, ионы цинка, железа, бутилакрилат, канцерогенные вещества, пестициды,

нефтепродукты, тяжелые металлы и др.),

активизируя их токсическое действие. С ПАВ связано 6-30 % меди, 3-12 % свинца и 4-50 % ртути в коллоидной и растворенной форме. Незначительной концентрации СПАВ (0,05-0,1 мг/дм3) в воде достаточно, чтобы активизировать токсические вещества [4].

Для снижения негативного антропогенного воздействия СПАВ на водные объекты необходимо сточные воды подвергать глубокой очистке.

В последние годы в промышленности для очистки многокомпонентных сточных вод применяются сорбционные методы очистки. Однако используемые адсорбенты зачастую дороги и потребуют дальнейшей регенерации, что еще больше удорожает процесс очистки. Поэтому поиск недорогих и эффективных адсорбентов и разработка способов очистки сточных вод на их основе является актуальной задачей.

На кафедрах промышленной экологии БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород) и инженерной экологии КНИТУ (г. Казань) накоплен значительный опыт использования для очистки сточных вод отходов разных производств [5-10]. В данной работе исследована возможность использования отхода производства дисахаридов, так называемого дефеката для очистки растворов, содержащих СПАВ.

Дефекат образуется в производстве сахара на стадии очистки свекловичного сока и представляет собой серо-коричневую массу влажностью до 60 %, состоящую из тонкодисперсных частиц со средними размерами 30-50 мкм. В состав дефеката входит до 75 % СаСО3, около 20 % органических примесей, остальное - инертные вещества. При термической модификации органические вещества обугливаются и поверхность дефеката покрывается слоем углеродных частиц, прочно закрепленных на кальцийкарбонатной поверхности (рис. 1).

Как видно на рентгенограмме (рис. 1, б), в составе обожженного дефеката появляется углеродная составляющая, которая отсутствует на рентгенограмме исходного дефеката. Таким образом,

в силу своей высокой дисперсности и наличия углеродного слоя на поверхности частиц термически модифицированный дефекат (ТД) приобретает свойства адсорбента.

Рис. 1 - Рентгенограмма: а - исходного дефеката, б - термообработанного при 600 °С: * - СаСОз;  -углерод; * - Са(ОН)2;  - ЗЮ2

Модельные растворы СПАВ готовили путем разбавления бытового моющего средства "Фейри" в дистиллированной воде до концентраций 10, 30 и 50 мг/дм3. К модельным растворам объемом 100 мл добавляли заданные навески ТД, растворы перемешивали в течение заданного времени и фильтровали через бумажный фильтр. В фильтрате определяли остаточное содержание СПАВ. Концентрацию модельных растворов до и после очистки определяли по методике [11].

В экспериментах исследовали зависимость эффективности очистки модельных растворов от массы добавки ТД, длительности перемешивания и температуры реакционной среды.

Э, %

10 мг/дм3

30 мг/дм3

Время, мин 50 мг/дм3

Рис. 2 - Зависимость эффективности очистки модельных растворов СПАВ "Фейри" от длительности перемешивания: объем модельного раствора 100 мл, температура реакций среды 20 оС, масса добавки ТД 0,3 г

Из результатов исследований следует, что уже при добавке ТД в количестве 0,1 г на 100 мл раствора достигается достаточно высокая эффективность очистки. Так, для модельного раствора с исходной концентрацией СПАВ 50 мг/дм3 она составляет 75,5 %, для раствора с концентрацией 30 мг/дм3 - 84,8 % и для раствора с исходной концентрацией 10 мг/дм3 - 94,3 %. В дальнейшем при увеличении массы вносимого в раствор дефеката эффективность очистки медленно нарастает и при добавке ТД в 0,5 г на 100 мл раствора она составляет 98,3; 96,5 и 84,7 % для растворов с исходными концентрациями 10, 30 и 50 мг/дм3 соответственно.

Исследования зависимости эффективности очистки от длительности контакта модельного раствора ТД показали, что максимальный прирост эффективности очистки наблюдается в первые 5 мин от начала процесса очистки (рис. 3). В дальнейшем эффективность очистки нарастает незначительно. Так, для модельного раствора с исходной концентрацией 10 мг/дм3 прирост эффективности очистки за последующие 20 мин составляет всего лишь 1,1 %; для раствора с концентрацией 30 мг/дм3 - 4,1 %; для раствора с концентрацией 50 мг/дм3 -3,8 %. Таким образом, с целью экономии энергозатрат и ускорения процесса очистки время контакта и перемешивания СПАВ-содержащего раствора с ТД целесообразно ограничить временем в 10 мин.

Исследование влияния температуры реакций среды на эффективность очистки позволили установить, что изменение температуры приводит к незначительному увеличению эффективности очистки модельных растворов.

Так, при повышении температуры от 10 до 60 оС эффективность очистки модельного раствора с концентрацией 30 мг/дм3 возрастает с 83,8 до 95,6 %, а для раствора с исходной концентрацией СПАВ 10 мг/дм3 - от 91,3 до 98,2 % (рис. 3).

Э, %

100 1

90 -

80 -

70

10

20

10 мг/дм3

30

40

30 мг/дм3

50

60 г, оС

Рис. 3 - Зависимость эффективности очистки модельныого раствора СПАВ "Фейри" от температуры реакционной среды: объем

модельного раствора 10 мл, добавка ТД - 0,1 г, длительность перемешивания - 5 мин

Поэтому осуществлять в производственных условиях специальный подогрев сточных вод перед очисткой, по всей видимости, не целесообразно.

Таким образом, в ходе исследований нами установлена принципиальная возможность

использования отхода производства дисахаридов -

дефеката для очистки сточных вод от СПАВ.

Литература

1. Куликов, Н.И. Теоретические основы очистки воды:

учеб. пособие / Н.И. куликов, А.Я. Найманов, Н.П. Омельченко, В.Н. Чернышев. - Донецк: изд-во

"Ноулидж" (Донецкое отделение), 2009. - 298 с.

2. Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учебник для вузов / Ю.Г. Фролов. - М.: ООО ТИД "Альянс", 2004. - 464 с.

3. Гусева, Т.В. Гидрохимические показатели состояния

окружающей среды: справочные материалы / Т.В.

Гусева, Я.П. Молчанова, Е.А. Заикаи др. - М: Эколайн, 2000.

4. Остроумов, С.А. Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем / С.А. Остроумов. -М.: МАКС Пресс, 2005. - 100 с

5. Свергузова, Ж. А. О возможности использования отхода сахарной промышленности для очистки сточных вод / Ж.А. Свергузова, Д.А. Ельников, С.В. Свергузова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 3. - С. 128133.

6. Прокопенко Т.А. Исследование возможности удаления ионов тяжелых металлов из водных сред отходами переработки бобовых культур / Т.А. Прокопенко, И.Г. Шайхиев, С.В. Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 8. - С. 60-64.

7. Шайхиев И.Г. Влияние плазменной обработки льняной костры на удаление разливов девонской нефти с водной поверхности / И.Г. Шайхиев [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 8. - С. 165-171.

8. Шайхиев И.Г. Исследование удаления нефтяных пленок с водной поверхности плазмообработанными отходами злаковых культур. 1. Лузгой овса / И.Г. Шайхиев [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. -2011. - № 12. - С. 110-117.

9. Багаува А.И. Исследование экстрактов из отходов деревопереработки (опилки коры дуба) для удаления ионов хрома (VI) из модельных растворов / А.И. Багаува, И. Г. Шайхиев, С. В. Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 14. - С. 7479.

10. Фазуллина З. Т. Влияние обработки ВЧ-плазмой пониженного давления на эффективность удаления отходом валяльно-войлочного производства с водной поверхности масла ТП-22 / З.Т. Фазуллина [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. -2011. - № 19. - С. 42-49.

11. Фомин, Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам / Г.С. Фомин. - М.: Изд-во "Протектор", 1995. - 624 с.

© С. В. Свергузова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, pe@intbel.ru; Ж. А. Сапронова - канд. техн. наук,доц. той же кафедры; И. Г. Шайхиев - д-р техн. наук, проф., зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, ildars@inbox.ru; Р. О. Фетисов - асп. каф. промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова.