ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Для очистки сточных вод от тяжелых металлов наиболее эффективными являются физико-химические методы, из которых наиболее широкое применение имеет адсорбциозная очистка. Причем в качестве адсорбентов используют не только такие известные вещества как активированный уголь, силикаты, цеолиты, но и некоторые отходы производства (зола, шлаки и т.д.).

Однако, в настоящее время в литературе отсутствуют достоверные данные об эффективности очистки сточных вод от многих тяжелых металлов с помощью таких местных материалов как торф и отходов промышленности (лигнин, отработанный или очистных сооружений, зола). Поэтому целью данной работы является моделирование процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов, в качестве которых выбраны медь и свинец, с использованием в качестве адсорбентов выше указанных веществ.

Лигнин - это природный полимер с молекулярной массой от 1 до 150 тыс. Он входит в состав почти всех наземных растений и по распространенности среди природных высокомолекулярных соединений уступает только полисахаридам. Содержание лигнина в древесине хвойных пород 23-28 % , а в лиственных - 14-25% по массе. Лигнин расположен в клеточных мембранах и в межклеточном пространстве растений и скрепляет целлюлозные волокна. Вместе с гемицеллюлозами он определяет механическую прочность. Кроме того, он снижает проницаемость клеточных стенок для воды и питательных веществ.

Лигнин - нерегулярный полимер. Его разветвленные макромолекулы построены главным образом из остатков замещенных феноллоспиртов.

Лигнин выделяется в больших количествах в России (более 2 млн. т.) как побочный продукт в основных лесохимических производствах - целлюлозном и гидролизном. Широкого применения он пока не получил и обычно является отходом производства.

В зависимости от ботанического состава и условий образования торф обладает различными физико-химическими свойствами. Основными органическими компонентами являются гуминовые кислоты (40-50% по массе), битумы С (12-17%), водорастворимые легкогидролидуемые вещества (10-60%), целлюлоза (2-10%), негидролизуемый остаток (3-20%). Кроме макроэлементов в состав торфа входят и микроэлементы -zn, cu, co, mo, mn. Основным компонентом торфа являются гуминовые кислоты, которые по химической структуре представляют соединения (молекулярная масса 1300 -1500), в которых установлено наличие фенольных гидроксилов, карбоксильных, карбонильных и ацетогрупп, простых эфирных связей.

Зола (или шлак) - несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей топлива при его полном сгорании. Шлак представляет собой сплав окислов переменного состава, главным компонентом которого является кислотный окиселsio2, а так жеcuo, feo, mgoи нейтральные окислыal2o3и режеzno. В зависимости от преобладания тех или иных окислов, шлаки называют кислыми или основными.

Летучая зола истирает котельные трубы и дымососы. При удалении с дымовыми газами зола загрязняет атмосферу (содержание К2О 0,5-4,8; Р2О51,2-7,0; СаО 15-36). 2+ 2+

Моделирование очистки сточных вод от ионов cuиpbВ адсорбционные колонки помещался определенный объем адсорбента (лигнина, торфа или золы гидроудаления ТЭЦ-1). Затем через них пропускали 0,01nрастворы солей меди и свинца. Степень очистки оценивали на выходе качественной реакцией с помощьюki:

ki + pb ²⁺ = pbi ₂ + 2k ⁺ 4ki + cu ²⁺ = 2cui + i ₂ + 4k ⁺

При этом, в случае пропускания через колонки солей свинца, первая же капля, содержащая ионыpb ²⁺ на выходе,приводила к образованию желтого осадкаpbi ₂ , а в случае ионов cu ²⁺ первая капля, содержащая эти ионы, вызывала желто-бурое окрашивание, обусловленное образованиемi ₂ и cui . После этого замерялисьобъемы растворов, прошедших через колонки и производился расчет адсорбционной емкости адсорбентов (l) по этим металлам в мг/см ³ . Результаты можно видеть в таблице.

Таблица

Способность различных адсорбентов задерживатьcu ²⁺ и pb ²⁺

Из полученных результатов следует , что при адсорбции свинца лучшим адсорбентом является торф. Это, по-видимому, связано с тем, что в нем содержатся в большом количестве гуминовые кислоты, которые способны образовывать с ионами свинца нерастворимые соли. В лигнине нет карбоксильных групп, а число фенольных значительно меньше, поэтому его адсорбционная способность по отношению к ионам свинца значительно меньше. Наихудшей адсорбционной способностью обладает зола, что связано с тем, что ионы свинца неспособны образовывать устойчивые химические соединения с основными компонентами золы, а только, по-видимому, адсорбируются на ее поверхности.

В случае ионов меди, наиболее плохими адсорбентами являются лигнин и торф, что объясняется тем, что ионы меди обладают большой склонностью к образованию растворимых комплексных соединений с азотосодержащими компонентами этих веществ, а поэтому неспособны поглощаться ими в больших количествах. В случае с золой, медь обладает на ней максимальной адсорбцией (численно сравнимой с адсорбциейpb ²⁺ ), что так же можно объяснить взаимодействием ионов меди с поверхностью золы и ее основными компонентами.