Химия и химические технологии/6. Органическая химия

Волювач О.В.¹, Лавренова Є.Р.², Кудлаєнко О.В.²

¹Одеський національний університет імені І.І. Мечникова, Одеса

²Одеська загально-освітня школа (I-III) ступеня №78 м. Одеси

Оцінка ефективності використання екологічно безпечних адсорбентів для очистки води від іоногенних поверхнево-активних речовин

Синтетичні іоногенні поверхнево-активні речовини (ПАР) широко використовуються на різних стадіях технологічних процесів, у побуті в складі миючих засобів тощо [1]. Найпоширенішими представниками аніонних ПАР є алкілкарбоксилати і алкілсульфати лужних металів, зокрема додецилсульфат натрію (ДДСН), катіонних ПАР – водорозчинні солі гексадецилпіридинію (з малим ступенем біорозкладання). Не дивлячись на те, що ДДСН відноситься до біологічно м’яких ПАР, в умовах необхідності проведення локальної очистки технологічних водних розчинів біологічний метод не завжди є придатним по ряду причин: процес є довготривалим, деструктивна здатність мікроорганізмів суттєво зменшується або втрачається у агресивних середовищах і при різких перепадах температур. А для очистки води від перелічених вище ПАР методом флотації, що добре вилучаються у кислому і лужному середовищах із індивідуальних водних розчинів, необхідно додатково оснащати підприємства флотаційними машинами з механічними пінозбирачами або вводити спеціально підібрані хімреагенти для підвищення ступеня їх вилучення до 98-99% (у разі сумісної присутності у стічних водах катіонна та аніонна ПАР максимально вилучаються методом флотації у формі осадів другого роду [2]) і суттєвого зменшення об’єму утвореного пінного продукту. Крім того, у разі знеструмлення процес очистки води від ПАР стає неможливим.

Одним із ефективних, найбільш екобезпечних, дешевих та стабільних в часі методів локальної очистки стічних вод від органічних забруднювачів (барвники, феноли, нафтопродукти, поверхнево-активні речовини) залишається метод адсорбції на різних природних матеріалах [3-5], що дозволяє повторно використовувати очищену до нормативних вимог воду у замкнутому водопостачанні. Зростання масштабів використання природних адсорбентів обумовлено тим, що при розвиненій питомій поверхні вони володіють добрими адсорбційними властивостями і в десятки разів дешевше за синтетичні адсорбенти. У зв’язку з цим спрощується їх технологічне використання і виключається стадія регенерації при рекуперації компонентів.

Адсорбцію аніонної та катіонної ПАР – додецилсульфату натрію (ДДСН) і броміду гексаадецилпіридинію (БГДП) на шунгіті та активованому вугіллі проводили при температурі 20±2 ⁰С в діапазоні значень рН 5.6-6.7, близьким до значення рН більшості промстоків. Після інтенсивного перемішування протягом 5 хв проби витримували від однієї доби до п’яти діб. Залишковий вміст ПАР визначали екстракційно-фотометричним методом з використання метиленової сині (ДДСН) та метилоранжу (БГДП).

Експериментально встановлено, що протягом доби шунгіт очищує воду від аніонної ПАР з вихідною концентрацією у розчині 100 мг/дм³ лише на 25%, в той час як за тих же умов при масовому співвідношенні 1 (ПАР) : 250 (адсорбент) активоване вугілля забезпечує значно більший ступінь очистки (90%). При тридобовому витримуванні проб з вугіллям залишкова концентрація ДДСН складала 0,3 і 0,2 мг/дм³ відповідно при масових співвідношеннях ПАР:адсорбент - 1:50, 1:250, і є нижчою норми, що висувається для біологічно м’яких ПАР-вмісних розчинів у міську каналізацію [6].

Аналогічна картина спостерігалась і при адсорбції катіонної ПАР на використаних адсорбентах. Ступінь очистки води від БГДП при використанні шунгіту мало залежав від його витрати (1 або 5 г/дм³) і сягав 67-69 % та різко зменшувався внаслідок десорбції ПАР на п’яту добу (див. дані таблиці). При використанні активованого вугілля ефективність адсорбційної очистки води від БГДП і на п’яту добу не змінювалась та була високою 98% при масовому співвідношенні ПАР:адсорбент - 1:250.

Таблиця

Адсорбція аніонної (додецилсульфат натрію) та катіонної

(бромід гексадецилпіридинію) ПАР із модельних водних розчинів на шунгіті та активованому вугіллі

Адсорбент	Витрата адсорбенту, мг/100 мл розчину ПАР	Масове співвідношення, мг (ПАР) мг (адсорбент)	Час витри-мування проби після 5 хв переміш	Оптична густина (D)	Ступінь очистки води від ПАР, % (рН 5,6-6,7)
Аніонна ПАР (додецилсульфат натрію)
шунгіт	0,10	1:50	1 доба	0.54	15.0
	0,50	1:250		0.50	25.0
активоване вугілля	0,10	1:50	1 доба	0.22	66.5
	0,50	1:250		0.07	90.0
	0,10	1:50	3 доби	0.015	98.5
	0,50	1:250		0.010	99.0
Катіонна ПАР (бромід гексадецилпіридинію)
шунгіт	0,10	1:50	3 доби	0.14	67.0
			5 діб	0.42	5.0
	0,50	1:250	3 доби	0.13	69.0
			5 діб	0.23	46.0
активоване вугілля	0,10	1:50	3 доби	0.03	94.0
			5 діб	0.03	94.0
	0,50	1:250	3 доби	0.02	98.0
			5 діб	0.02	98.0
Примітка: С^0(ДДСН) = 20 мг/дм^3, оптична густина (D)max = 0,64; С^0(БГДП) = 20 мг/дм^3, оптична густина (D)max = 0,44.

Таким чином, очищати воду від аніонних ПАР (С⁰=20 мг/дм³) із водних розчинів рекомендуємо активованим вугіллям протягом трьох діб, витрата адсорбенту – 1 г/дм³ (або при масовому співвідношенні ПАР:адсорбент - 1:50). Висока ефективність очистки води від катіонних ПАР (на 98%) з тією ж вихідною концентрацією забезпечується при витраті вугілля 5 г/дм^3.

Література:

1. Шевердяев Ю.И. , Белов П.С., Шкитов А.М. Поверхностно-активные вещества. Свойства, технология, применение, экологические проблемы / Под ред. П.С. Белова. – М.: Изд-во ВЗПИ, 1992. – 171 с.

2. Волювач О.В. Колоїдно-хімічні закономірності вилучення солей гексадецилпіридинію із водних розчинів: Дис. …канд.. хім. наук: 02.00.11. – Київ, 2006. – 135 с.

3. Тарасевич Ю.И. Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. – К.: Наук. Думка, 1975. – 352 с.

4. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. – К.: Наук. думка, 1981. – 208 с.

5. Волювач О.В. Адсорбція броміду гексадецилпіридинію і додецилсульфату натрію на природних сорбентах // Материалы VIII междунар. научно-практ. конф. “Aktualni vymozenosti vedy-2012“. – Т. 18. - Чехия, 27.06.2012 – 05.07.2012. – С. 16-17.

6. ДСТУ 3812-98. Охорона довкілля та раціональне поводження з ресурсами. Контроль оперативних стічних вод очисних споруд міст і промислових підприємств: Загальне положення. – Введ. 1999.07.01. – Офіц. Вид. – К.: Держстандарт України, 1999. – IV. 6 c.