УДК 544.77:622

Хромышева Е.А., Хромышев В.А., Горбунова Е.В.

Мелитопольский государственный педагогический университет

Определение эффективности использования неорганических адсорбентов для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ

Подъем производства приводит к росту объемов и видов промышленных стоков, что ведет к резкому увеличению загрязненности территории страны токсичными соединениями, тяжелыми металлами, вредными органическими соединениями и т.д. За последние годы на территории Украины зафиксирован ряд экологических катастроф. Поэтому создание комплексной очистки промышленных стоков предприятий сегодня становится не только частным делом предприятий, но также и одной из важнейших общегосударственных задач.

Проблема очистки сточных вод и технологических растворов вод от поверхностно-активных веществ (ПАВ), в последнее время приобрела особую актуальность. Однако существующие методы, применяющиеся на очистных сооружениях и станциях водоподготовки, в большинстве случаев не позволяют обеспечить достаточно глубокую очистку воды [1].

Несовершенство методов очистки технологических растворов и сточных вод значительно ухудшает санитарно-гигиеническое состояние водоемов, гибель гидробионтов. Особенно мало изучен вопрос очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ [1]. Наиболее перспективным, по нашему мнению, для очистки сточных вод и технологических растворов является адсорбция [1]. Опыт использования адсорбции доказал применимость этого метода при очистке сточных вод предприятий промышленности.

Объект исследования. Процесс адсорбции поверхностно-активных веществ из сточной воды на границе раздела фаз раствор – твердое тело.

Предмет исследования. Адсорбционная очистка сточной воды от поверхностно-активных веществ с помощью активированного угля.

Цель исследования. Определение эффективности применения активированного угля для адсорбционной очистки сточной воды от поверхностно-активных веществ.

Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) определить основные физико-химические закономерности адсорбции ПАВ, на поверхности активированного угля;

2) определить оптимальную концентрацию адсорбента для эффективной очистки сточной воды от ПАВ;

3) изучить влияние температуры воды на степень адсорбции ПАВ на поверхности активированного угля;

4) определить влияние рН воды на степень адсорбции ПАВ на поверхности активированного угля.

В качестве адсорбента использовали уголь активированный БАУ-А. Активированный уголь БАУ-А имеет широкий диапазон пор, сильно развитую общую пористость. Величина удельной поглощающей поверхности (700-800 м² в 1 г угля). В качестве ПАВ использовали водный раствор анионного ПАВ – додецилсульфата натрия – C₁₂H₂₅OSO₃Na (ДДСН) с концентрацией 100 мг/л.

Опыты по определению величины адсорбции ПАВ проводили следующим образом. В стеклянную колбу емкостью 100 мл, содержащую 50 мл сточной воды вводили 50 мг/л адсорбента, закрывали колбу хорошо притертой стеклянной пробкой и встряхивали в течение 0,5 часа до установления равновесия на аппарате для встряхивания АВС-6с. Затем содержимое центрифугировали на лабораторной центрифуге типа ЦЛС-3 при 50 об/с. Раствор отделенный от адсорбента анализировали на содержание в нем ПАВ и рассчитывали разность его содержания в растворе до и после адсорбции [2].

Величину адсорбции рассчитывают по уравнению α = (C₀ – C_p) * V / m

где V – объем раствора, из которого происходила адсорбция, л; m – масса адсорбента, г. Исследования, которые были поставлены с целью выявления механизма адсорбции додецилсульфата натрия активированным углем, показали, что изотерма адсорбции додецилсульфата натрия поверхностью активированного угля (рис. 1) соответствует уравнению Ленгмюра [3].

Уравнение Ленгмюра

Такое поведение изотермы обусловлено пористой структурой адсорбента.

Исследования показали, что максимальная адсорбция (90%) наступает при концентрации активированного угля 40 мг/л, дальнейшее увеличение содержания угля не приводит к повышению степени очистки воды от ДДСН (рис.1). Наиболее эффективной концентрацией активированного угля является 50 мг/л, при степени очистки воды от ДДСН 95% (рис.1) при концентрации ДДСН от 40 до 100 мг/л.

Рис. 1. Изотерма адсорбции додецилсульфата натрия на активированном угле.

Исследования, направленные на выяснение влияния температуры раствора на степень адсорбционной очистки сточной воды от ПАВ показали, что увеличение температуры раствора от 10 до 60⁰С, при концентрации активированного угля 50 мг/л, повышает степень очистки воды от ДДСН до 71% (при начальной концентрации ДДСН 100 мг/л) при температуре 40⁰С. Дальнейшее повышение температуры не приводит к увеличению степени очистки сточной воды от ДДСН (рис. 2), а при 60⁰С происходит снижение степени адсорбции.

Рис. 2 Зависимость степени адсорбции ДДСН на активированном угле от температуры.

Это связано по нашему мнению с тем, при повышении температуры возрастает интенсивность молекулярно-теплового движения, что затрудняет фиксацию молекул на поверхности раздела фаз

Изменение рН растворов ПАВ в интервале 2-10 сопровождается сначала уменьшением, а затем увеличением степени выделения ПАВ, область значений рН, оптимальных для выделения ДДСН, совпадает с областью их наибольшей поверхностной активности. Максимальная степень выделения ДДСН наблюдается в кислой среде, где исследуемые ПАВ находятся в виде недиссоциированных молекул, и в щелочной среде, когда они полностью или частично находятся в растворе в коллоидном (мицеллярном) состоянии. Наблюдаемые явления можно объяснить следующим образом. Концентрация ионов водорода оказывает влияние на степень диссоциации ионогенных групп ПАВ и тем самым изменяет их гидратацию, что сказывается на поверхностной активности ПАВ и их способности адсорбироваться [4].

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Экспериментально определен характер адсорбции додецилсульфата натрия на границе раздела фаз, раствор – твердое тело. В качестве адсорбента использовался активированный уголь БАУ-А

2. Установлена оптимальная концентрация адсорбента для очистки сточной воды от додецилсульфата натрия и составляет – 50 мг/л.

3. Определено, что оптимальной температурой для адсорбции додецилсульфата натрия из сточной воды является 40⁰С.

4. В ходе исследования установлено, что оптимальное значение рН среды для адсорбции додецилсульфата натрия на активированном угле, лежит в сильнокислых при рН=1-3 и сильнощелочных при рН=9-10 средах.

Литература

1. Клименко Н.А., Тимошенко М.Н. Физико-химические методы очистки промышленных сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ // Химия и технология воды. – 1993. - т.15, № 7-8. – С.534-566.

2. Практикум по коллоидной химии: Учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов / Баранова В.И., Бибик Е.Е., Кожевникова Н.М. и др.; под ред. Лаврова И.С. – М.: Высш. школа. – 1983. – 216 с.

3. Федорова А.Ф., Абрамзон А.А. Уравнения адсорбции ПАВ из растворов на твердых поверхностях // Ж. прикл. химии. – 1993. –Т. 66, №8. – С. 1776-1786.

4. Пушкарев В.В., Трофимов Д.И. Физико-химические основы извлечения поверхностно-активных веществ из водных растворов и сточных вод.- Киев: Наукова думка, 1978. – 176 с.

Сведения об авторах

Фамилия, И., О.	Ученая степень, звания	Должность, место работы	Домашний адрес, телефон
Хромышева Елена Александровна	Кандидат химических наук	Старший преподаватель кафедры неорганической химии и методики преподавания химии Мелитопольского государственного педагогического университета	72316, г. Мелитополь, Запорожской обл., ул. Дзержинского д. 406 кв. 47 тел. (06142) 7-10-62 8-066-39-37-251 lady-helena@mail.ru
Хромышев Виталий Александрович	Кандидат технических наук	Доцент кафедры химии и химической технологии Мелитопольского государственного педагогического университета	72316, г. Мелитополь, Запорожской обл., ул. Дзержинского д. 406 кв. 47 тел. (06142) 7-10-62 lady-helena@mail.ru
Горбунова Екатерина Владимировна		Студентка магистратуры химико-биологического факультета Мелитопольского государственного педагогического университета	Г. Мелитополь, ул. Свердлова, 41 80975520177

Просьба вести переписку с Хромышевой Е.А.