Физико-химические и адсорбционные свойства опоки и применение её в очистке сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физико-химические и адсорбционные свойства опоки и применение её в очистке сточных вод

Предприятия мясной промышленности потребляют большое количество чистой воды для нужд производства и, как следствие этого, сточные воды этих предприятий существенно загрязнены. Эти воды относятся к категории высококонцентрированных и имеют нестабильные по качеству и количеству показатели. Такие стоки представляют собой сложные полидисперсные системы и содержат большое количество крупных взвешенных частиц (мясо, жир, щетина, обрывки кишок, бумага). Однако особую опасность представляет возможное содержание в сточных водах мясоперерабатывающих предприятий патогенных микроорганизмов [1, С. 77].

Для защиты водоёмов, в которые сбрасываются отходы от производства, применяются мероприятия по очистке сточных вод для уменьшения загрязнений. При этом часто находят методы очистки наиболее лёгкими и дешёвыми средствами. В связи с этим для решения проблемы очистки сточных вод мясного предприятия было решено применить эффективные микроорганизмы препарата «Байкал ЭМ1», дополнительно иммобилизовав их на природном сорбенте - опоке [2, С. 34], который давно привлекает к себе внимание исследователей, работающих в области адсорбции [3, С. 136], [4, С. 37]

Опоки обладают большим объёмом сорбционного пространства, высокой удельной поверхностью (100-130 м²/г) и пористостью (43-48%), характеризуются как высококачественное сорбционное сырьё с высоким содержанием аморфного кремнезема. Этот природный сорбент, в отличие от других минералов, не размокает в воде [5, С. 269].

Также характерной особенностью опоки является мезо-макропористая структура с эффективным диаметром пор 20-110 нм, высокая механическая устойчивость, развитая пористая структура, механическая прочность, устойчивость к воздействию кислот и щелочей, а также дешевизна и доступность, что делает экологически и экономически выгодным использование этого природного сорбента в качестве носителя микроорганизмов в процессах очистки сточных вод [6, С. 52].

Минеральный состав опоки: 5-10% кремнезёма (халцедон), 35-40% кристобалита (опал), 45-50% гидрогеля, 3-5% глинистого вещества, 2-3% кварца, 3-5% глауконита [7, С. 66].

Много информации о кремнистых минералах даёт дифференциальный термический анализ (ДТА), в частности, о свойствах дисперсного кремнезёма - опоки. Этот метод позволяет следить за фазовыми переходами или химическими реакциями на основании измерения количества поглощённого или выделенного тепла. Он удобен для изучения структурных изменений, происходящих в твёрдых веществах при повышенных температурах [8, С. 17].

Был сделан дифференциальный термический анализ (ДТА) образца опоки фракции 3-5 мм, весом 400 мг, при температуре 1000°С на воздухе. Эталоном служил прокалённый оксид алюминия. Температура регистрировалась Pt-Pt/Rh термопарой.

В интервале температур 60-180°С происходит дегидратация (максимум по ДТА 140°С). Убыль массы составила 4,5%. При дальнейшем нагревании происходит медленная убыль массы, не сопровождается тепловыми эффектами. Общая убыль массы к 900°С составляет около 7-8%. После нагревания окраска образца изменилась с серого на бежевый цвет (рис. 1).

Для изучения адсорбционных свойств этого природного сорбента были взяты следующие его фракции: 1-3 и 3-5 мм. Также часть полученной опоки фракции 1-3 мм подверглась прокалке в муфельной печи. Прокалка дисперсного кремнезёма - опоки немного, но всё же изменяет адсорбционные свойства данного сорбента [8, С. 18]. Это изменение связано с удалением адсорбированной воды из кремнезёма и, соответственно, увеличением сорбционного пространства.

Рис. 1 - Термическая диаграмма ДТА опоки фракции 3-5 мм

Под влиянием спекания изменяется и структура опоки. Спекание приводит к укрупнению пор и сопровождается усадкой вещества. Процесс спекания опоки начинается уже при температуре около 500°С. Поэтому одна часть этого сорбента была прокалена при температуре 500°С.

Опоку выше указанных фракций загружали в две стеклянные колонки диаметром 10 см и с разной высотой слоя сорбента 6-8 см. Через сорбент пропускалась сточная вода с определённой скоростью (3,5-4,0 мл/мин.). Затем брали пробы сточной воды, которые анализировались на определённые показатели.

Далее проводилась пропитка природного минерала - опоки ЭМ-препаратом «Байкал ЭМ1» для того, чтобы на неё адсорбировались полезные микроорганизмы в течение разных промежутков времени: 1 и 2 часа.

Данный препарат представляет собой устойчивое сообщество эффективных микроорганизмов, ассоциация как аэробных, так и анаэробных представителей микробного мира. В состав ЭМ-препарата «Байкал ЭМ1» входят семейства молочнокислых, фотосинтезирующих, азотфиксирующих бактерий, дрожжей, а также продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Вместе они составляют устойчивый симбиоз. Для того, чтобы данный комплекс микроорганизмов заработал, необходимо активировать их добавлением питательной среды - мёд, варенье, патока [9, С. 20]. Также данным биопрепаратом пропитывалась исходная опока и опока, прокалённая при температуре 500^оС.

Так как сточная вода после каждого проведенного опыта исследовалась на одни и те же показатели, то в эксперименте бралась параллель исследований: обычная опока фракций 1-3 и 3-5 мм, прокалённая опока и опока, иммобилизованная микроорганизмами ЭМ-препарата «Байкал ЭМ1».

Таблица 1 - Результаты очистки сточной воды после её пропускания через исходную опоку фракцией 1-3 мм

Как видно из данных таблицы 1 и рисунка 2, при очистке сточной воды исходной опокой фракции 1-3 мм нормы загрязняющих веществ снизились на несколько сотых и даже десятых. Во внимание берутся такие показатели, как нитриты, ион аммония и жиры. Но при очистке сточной воды исходной опокой фракции 3-5 мм (табл. 2, рис. 3) данные показатели изменились несущественно.

Таблица 2 - Результаты очистки сточной воды после её пропускания через исходную опоку фракцией 3-5 мм

Рис. 2 - Результаты очистки сточной воды после её пропускания через исходную опоку фракцией 1-3 мм

Рис. 3 - Результаты очистки сточной воды после её пропускания через исходную опоку фракцией 3-5 мм

По полученным данным, самый лучший результат получается после очистки сточной воды исходной опокой фракции 1-3 мм. Это объясняется тем, что чем меньше зерно сорбента, тем выше его адсорбционная поверхность. Поэтому в дальнейших исследованиях применяли опоку только фракции 1-3 мм.

Судя по данным, полученным в первом эксперименте, нас устроила тенденция очистки сточных вод дисперсным кремнезёмом - опокой. Поэтому было решено увеличить адсорбционные свойства. Для этого часть опоки (фракция 1-3 мм) прокалили в муфельной печи при температуре 500°С.

Далее пропитывали исходную и прокалённую опоку фракцией 1-3 мм готовым раствором ЭМ-препарата «Байкал ЭМ1» в течение 1 и 2 часов.

Сначала проводили опыт, в котором использовали исходную и прокалённую опоку, пропитанную ЭМ-препаратом в течение 1 часа. Физико-химические показатели исследуемой сточной воды представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Очистка сточной воды после пропускания ЭМ-препарата «Байкал ЭМ1» через исходную и прокалённую опоку (фракция 1-3 мм) (1 час)

Как видно из полученных результатов таблицы 3, адсорбция опоки, пропитанной ЭМ-препаратом, также успешно проходит, как и адсорбция непропитанной, исходной опоки.

Далее нами была проведена пропитка исходной и прокалённой опоки ЭМ-препаратом «Байкал ЭМ1» в течение 2-х часов. Полученные физико-химические данные представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Очистка сточной воды после пропускания ЭМ-препарата «Байкал ЭМ1» через исходную и прокалённую опоку (фракция 1-3 мм) (2 часа)

Результаты, полученные в ходе эксперимента с пропитанной опокой в течение 2-х часов, удовлетворительны. Хотя показания содержания жиров хотелось бы улучшить.

Таким образом, по всем полученным данным проведённых исследований можно судить о том, что адсорбционные свойства исходной опоки, а также исходной опоки, пропитанной ЭМ-препаратом и прокалённого сорбента, пропитанного тем же биопрепаратом, велики. После очистки сточной воды через опоку, пропитанную ЭМ-препаратом, многие показатели уменьшились, достигнув значения норм ПДК: концентрация ионов аммония уменьшилась в 1,58 раз, нитриты - приблизительно в 1,27 раз, а также ненамного, но уменьшились, значения жиров. В результате проведённых опытов можно говорить, что совокупность биологического и адсорбционного методов очистки работает, но пока только на малых объёмах и в лабораторных условиях.

Список литературы / References

очистка сточный вода опока

1. Сатыбалдиева, Д.К. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий / Д.К. Сатыбалдиева, Ж.Б. Намазбекова // Вестник КГУСТА. - 2014, № 4. - С. 77-80

2. Кондрашова, А.В. Природная опока в очистке сточных вод /А.В. Кондрашова, В.А. Лоскутова //Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы развития современной науки и образования». - Москва: ООО «Консалт», 2015. - С. 34-35

3. Никифоров И.А., Кузьмина Р.И. Дисперсный кремнезём: сорбент и катализатор // Катализ в нефтехимии и экологии - Саратов: СГАП, 1999. - С. 135-143

4. Кузьмина, Р.И. Физико-химические свойства дисперсного кремнезёма - опоки / Р.И. Кузьмина, А.В. Кондрашова // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. - 2012. - Т. 12, № 2. - С. 37-40

5. Кондрашова, А.В. Природные минералы в процессах очистки сточных вод / А.В. Кондрашова // Science Time. - 2015. - № 3 (15). - С. 269-270

6. Климов, Е.С. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод / Е.С. Климов, М.В. Бузаева. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. - 201 с.

7. Кондрашова, А.В. Опока для очистки сточных вод / А.В. Кондрашова // Вестник научных конференций. - 2015. - № 2-1 (2). - С. 66-67

8. Кондрашова, А.В. Влияние термоактивации на адсорбционные свойства природной опоки / А.В. Кондрашова // Международная научно-практическая (заочная) конференция «Наука и образование: актуальные вопросы и перспективы развития». - М.: ООО «СВИВТ», 2014. - С. 17-18

9. Новицкий, А.А. ЭМ-технология в растениеводстве / А.А. Новицкий, В.А. Гнитецкий // Вестник Омского государственного аграрного университета. - 2012, № 4 (8). - С. 20-24

Размещено на Allbest.ru