ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ БРИКЕТИРОВАННОГО ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ЦИНКА

Борис Николаевич Житенёв; Дарья Дмитриевна Сенчук

doi:10.36773/1818-1112-2025-136-1-149-158

Авторы

Борис Николаевич Житенёв УО «Брестский государственный технический университет»
Дарья Дмитриевна Сенчук УО «Брестский государственный технический университет»

DOI:

https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-136-1-149-158

Ключевые слова:

брикетированный торф, ионы Zn2+, очистка сточных вод, сорбция, диффузионная и химическая кинетика

Аннотация

В настоящее время ведутся активные исследования по методам очистки сточных вод от токсичных металлов, таких как кадмий, свинец, медь и др., с применением новых композиционных сорбентов, совершенствованию ионообменной очистке, осаждению, например, в виде сульфидов или оксалатов, сорбцией золой от сжигания древесины, биосорбцией растениями. При этом одним из перспективных направлений является применение технологий сорбционной очистки сточных вод с использованием торфа. Наличие в Республике Беларусь значительных запасов торфа создает реальные предпосылки для выпуска дешевых, экологически безопасных сорбентов на основе модифицированного брикетированного торфа. Настоящая работа является продолжением исследований сорбционных свойств измельченного брикетированного торфа и посвящена очистке сточных вод от ионов цинка. Использованы физико-химические, технологические, математические методы исследования.

Выполнен анализ литературных данных по степени загрязненности природных водных объектов ионами цинка, установлено, что преимущественно ионы цинка попадают в водные объекты с недостаточно очищенными сточными водами. Наиболее эффективным способом предотвращения загрязнения водных объектов ионами цинка является более глубокая очистка производственных сточных вод. Очистка производственных сточных вод от ионов тяжелых металлов, в том числе от ионов цинка является весьма актуальной задачей, о чем свидетельствует количество научных публикаций, посвящённых данной проблеме. Исследования ведутся по очистке сточных вод от цинка сорбционными методами [21–28], биосорбцией, биоаккумуляцией [30–35], электрохимическими [36–37] реагентными методами [38–41]. Исследована кинетика сорбции брикетированным торфом ионов Zn²⁺. Установлено, что с увеличением крупности зерен брикетированного торфа эффективность сорбции снижается. Достаточная интенсивность процесса характеризуется тем, что за 5 минут контакта эффект сорбции ионов Zn²⁺ составляет Э = 85,71 %, а при 20 и 40 минутах соответственно 96 %, и 99 %; Сорбционная емкость при насыщении составляет по Zn²⁺ – 0,0045 мМоль/г (0,29 мг/г). С помощью уравнений диффузионной и химической кинетики установлено, что процесс сорбции идет в диффузионном режиме, при этом вклад в общую скорость процесса вносит стадия химического взаимодействия ионов металла с функциональными группами торфа.

Брикетированный торф является эффективным сорбентом для очистки сточных вод от ионов Zn²⁺. Процесс сорбции практически заканчивается через 20 минут.

Биографии авторов

Борис Николаевич Житенёв, УО «Брестский государственный технический университет»

Кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры водоснабжения, водоотведения и охраны водных ресурсов УО «Брестский государственный технический университет», Брест, Беларусь.

Дарья Дмитриевна Сенчук, УО «Брестский государственный технический университет»

Магистр технических наук, старший преподаватель кафедры водоснабжения, водоотведения и охраны водных ресурсов УО «Брестский государственный технический университет», Брест, Беларусь.

Библиографические ссылки

О Национальной стратегии управления водными ресурсами в условиях изменения климата на период до 2030 года : постановление Совета Министров Республики Беларусь от 22 февраля 2022 г. № 91 // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь. – URL: https://pravo.by/document/?guid=3871&p0=C22200091 (дата обращения: 23.01.2025).

Урецкий, Е. А. Ресурсосберегающие технологии в водном хозяйстве промышленных предприятий : монография / Е. А. Урецкий. – Брест : БрГТУ, 2008. – 320 с.

Житенёв, Б. Н. Исследование сорбционных свойств брикетированного торфа для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Б. Н. Житенёв, Д. Д. Сенчук // Вестник Брестского государственного технического университета. Серия: Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика, геоэкология. – 2019. – № 2 (104). – С. 61–64.

Житенев, Б. Н. Исследование сорбционных свойств брикетированного торфа для очистки сточных вод от ионов кадмия, свинца и меди / Б. Н. Житенев, А. Д. Гуринович, Д. Д. Сенчук // Вестник МГСУ. – 2020. – Т. 15, Вып. 11. – С. 1534–1545. – DOI: 10.22227/1997-0935.2020.11.1534-1545.

Колобаев, А. Н. Влияние технологических процессов производства на загрязненность поверхностного стока с территории предприятий сельскохозяйственного машиностроения / А. Н. Колобаев, О. К. Новикова // V Международный конгресс по управлению отходами и природоохранными технологиями (ВэйстТэк-2007), 29 мая – 1 июня 2007 г., Москва : сборник докладов. – М. : СИБИ-КО Инт. 2007. – С. 345–346.

Maximum likelihood mixture estimation to determine metal background values in estuarine and coastal sediments within the European Water Framework Directive / J. G. Rodriguez, I. Tueros, A. Borja [et al.] // Science of the Total Environment. – 2006. – Vol. 370, Iss. 2–3. – P. 278–293.

Chemical and bio-logical characteristics of dew and rain water in an urban coastal area (Bor-deaux, France) / D. Beysens, C. Ohayon, M. Muselli, O. Clus // Atmospheric Environment. – 2006. – Vol. 40, Iss. 20. – P. 3710–3723.

Попов, А. Н. Влияние соединений металлов, фтора, мышьяка (III+) и величины рН на процессы жизнедеятельности высшей водной растительности. 1. Влияние ионов цинка (2+), мышьяка (Ш+), фтора (-1) и величины рН на процессы жизнедеятельности водяной сосенки / А. Н. Попов // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. – 2008. – № 3. – С. 46–56.

Runoff of particle bound pollutants from urban impervious surfaces studied by analysis of sediments from stormwater traps / Jartun Morten, Ottesen Rolf Tore, Steinnes Eiliv, Volden Tore // Science of the Total Environment. – 2008. – Vol. 396, Iss. 2–3. – P. 147–163.

Distribution and accumulation of heavy metals in the sediments of Kaohsiung Harbor, Taiwan / Chen Chiu-Wen, Kao Chih-Ming, Chen Chih-Feng, Dong Cheng-Di // Chemosphere. – 2007. – Vol. 66, Iss. 8. – P. 1431–1440.

Water chemistry and ecotoxicity of an acid mine drainage-affected stream in subtropical China during a major flood event / C. Lin, Y. Wu, W. Lu [et al.] // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – Vol. 142, Iss. 1–2. – P. 199–207.

In situ measurements of metal complex exchange kinetics in freshwater / Warnken Kent W., Davison William, Zhang Hao [et al.] // Environmental Science and Technology. – 2007. – Vol. 41, Iss. 9. – P. 3179–3185.

Atkinson, Clare A. Effect of overlying water pH, dissolved oxygen, salinity and sediment disturbances on metal release and sequestration from metal contaminated marine sediments / Clare A. Atkinson, Dianne F. Jolley, Stuart L. Simpson // Chemosphere. – 2007. – Vol. 69, Iss. 9. – P. 1428–1437.

MacFarlane, Geoff R. Accumulation and partitioning of heavy metals in mangroves: A synthesis of field-based studies / Geoff R. MacFarlane, Claudia E. Koller, Simon P. Blomberg // Chemosphere. – 2007. – Vol. 69, Iss. 9. – P. 1454–1464.

Research concerning the purification of the wastewater resulted from the galvanic processes. I. The retention of the Zn ions resulted / Maria Harja, Lacramioara Rusu, Florin Bandrabur, Constantin Harja // Modelling and Optimization in the Machines Building Field. – 2007. – Vol. 13, Iss. 2. – P. 321–326.

Omar, H. A. Use of activated carbon in removal of some radioisotopes from their waste solutions / H. A. Omar, H. Moloukhia // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – Vol. 157, Iss. 2–3. – P. 242–246.

Shikazono, N. Zinc contamination in river water and sediments at Taisyu Zn-Pb mine area, Tsushima Island, Japan / N. Shikazono, H. M. Zakir, Y. Sudo // Journal of Geochemical Exploration. – 2008. – Vol. 98, Iss. 3. – P. 80–88.

Hoffmann, Stephen R. Strong colloidal and dissolved organic ligands binding copper and zinc in rivers / Stephen R. Hoffmann, Martin M. Shafer, David E. Armstrong // Environmental Science and Technology. – 2007. – Vol. 41, Iss. 20. – P. 6996–7002.

Surface water quality of factory-based and vegetable-based peri-urban areas in the Yangtze River Delta region, China / Zhang Qing Li, Shi Xue Zheng, Huang Biao [et al.] // Catena. – 2007. – Vol. 69, Iss. 1. – P. 57–64.

Pollutant trends and hazard ranking in Elefsis Bay, Greece / M. Pantazidou, S. Kapniaris, A. Katsiri, A. Christidis // Desalination. – 2007. – Vol. 210, Iss. 1–3. – P. 69–82.

Эффективность применения молотого брусита в технологиях очистки воды / А. Белевцев, С. Байкова, В. Жаворонкова [и др.] // Аква-Mag. – 2007. – № 4. – С. 20–21.

Чалкова, Н. Л. Извлечение цинка из модельной воды сорбционными и гальванокоагуляционными методами / Н. Л. Чалкова, Д. А. Чалков // Вестник МГТУ (Магнитогорск). – 2008. – № 3. – С. 79–82, 94, 99.

Deliyanni, E. A. Removal of zinc ion from water by sorption onto iron-based nanoadsorbent / E. A. Deliyanni, E. N. Peleka, K. A. Matis // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – Vol. 141, Iss. 1. – P. 176–184.

Домрачева, В. А. Развитие теории и практики сорбционной технологии извлечения ценных компонентов из сточных вод и техногенных образований: автореф. дис. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук / В. А. Домрачева ; Иркут. гос. техн. ун-т. – Иркутск, 2006. – 43 с.

Мисин, В. М. Использование промышленных волокнистых хемосорбентов для очистки поверхностных стоков от ионов тяжелых металлов / В. М. Мисин, Е. В. Майоров // Экология речных бассейнов ЭРБ – 2007 : IV Международная научно-практическая конференция, Владимир, 28–30 сент. 2007 г. : труды. – Владимир : Владим. гос. ун-т, 2007. – С. 414–419.

Adsorption of Zn(II) in aqueous solution by activated carbons prepared from evergreen oak (Quercusrotundifolia L.) / M. del Mar Gomez-Tamayo, Antonio Macias-Garcia, M. Diez Angeles Diaz, M. Cuerda-Correa Eduardo // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – Vol. 153, Iss. 1–2. – P. 28–36.

Thermal power plants ash as sorbent for the removal of Cu(II) and Zn(II) ions from wastewaters / Tofan Lavinia, Paduraru Carmen, Bilba Doina, Rotariu Mugurel // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – Vol. 156, Iss. 1–3. – P. 1–8.

Corami, Alessia. Copper and zinc decontamination from single- and binary-metal solutions using hydroxyapatite / Alessia Corami, Silvano Mignardi, Vincenzo Ferrini // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – Vol. 146, Iss. 1–2. – P. 164–170.

Козырева, В. П. Разработка сорбционного процесса очистки сточных вод от ионов меди, цинка, кадмия / В. П. Козырева, Е. А. Фарберова, А. В. Виноградова // Химия и экология : тезисы докладов IX Краевой конференции студентов и молодых ученых, Пермь, 19 апр. 2007 г. – Пермь : ПГТУ, 2007. – С. 27–29.

Li Qiansheng. Heavy metal leaching from coal fly ash amended container substrates during Syngonium production / Li Qiansheng, Chen Jianjun, Li Yuncong // Journal of Environmental Science and Health – Part B Pesticides, Food Contaminants, and Agricultural Wastes. – 2008. – Vol. 43, Iss. 2. – P. 179–186.

Sadecka, Zofia. Metaleciezkie w trzciniepospolitej (Phragmitesaustralis) / Zofia Sadecka // Przemysl Chemiczny. – 2008. – Vol. 87, Iss. 5. – P. 557–562.

Control of metal toxicity, effluent COD and regeneration of gel beads by immobilized sulfate-reducing bacteria / Min Xiaobo, Chai Liyuan, Zhang Chuanfu [et al.] // Chemosphere. – 2008. – Vol. 72, Iss. 7. – P. 1086–1091.

Очистка сточных вод от тяжелых металлов / Л. Н. Ольшанская, Ю. А. Тарушкина, О. Н. Колесникова, Н. А. Собгайда // Энергосбережение в Саратов. обл. – 2008. – № 2. – С. 17–19.

Ucun, Handan. Copper(II) and zinc(II) biosorption on Pinus sylvestris L. / Ucun Handan, Aksakal Ozkan, Yildiz Ergun // Journal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 161, Iss. 2–3. – P. 1040–1045.

Газнабиева, Р. Т. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов / Р. Т. Газнабиева, Г. А. Козлова // Химия и экология : тезисы докладов IX Краевой конференции студентов и молодых ученых, Пермь, 19 апр., 2007 г. – Пермь : ПГТУ, 2007. – С. 71–72.

Патент 2337070 Россия, МПК C 02 F 9/12 (2006.01). Способ очистки природных и сточных вод и устройство для его осуществления : № 2003107632/15 : заявл. 20.03.2003 : опубл. 27.10.2008 / Назаров В. Д., Алексеев С. А., Назаров М. В. ; гос. образ. учрежд. высш. проф. образ. «Уфим. гос. нефт. технич. ун-т».

Doan, H. D. Simultaneous removal of metal ions and linear alkylbenzene sulfonate by combined electrochemical and photocatalytic process / H. D. Doan, M. Saidi // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – Vol. 158, Iss. 2–3. – P. 557–567.

United States Patent 7332079, IPC C 02 F 1/24 (2006.01), C 02 F 1/56 (2006.01), NPK 210/221.2. Floatation process for removal of heavy metal and associated apparatus : N 10/641844 : filing date 15.08.2003 : publ. date 19.02.2008 / Industrial Waste Water Services, LLC, Lamar Coleman C. (Jr). – URL: https://patents.google.com/patent/US7332079B2 (date of access: 19.01.2025).

Heavy metal removal from aqueous solutions by activated phosphate rock / Z. Elouear, J. Bouzid, N. Boujelben [et al.] // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – Vol. 156, Iss. 1–3. – P. 412–420.

Remediation of heavy metal contaminated groundwater originated from abandoned mine using lime and calcium carbonate / Lee Minhee, Paik In Sung, Kim Insu [et al.] // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – Vol. 144, Iss. 1–2. – P. 208–214.

Mimoune Scheherazade. Purification of aqueous solutions of metal ions by ultrafiltration / Mimoune Scheherazade, Belazzougui Rafik Eddine, Amrani Farouk // Desalination. – 2007. – Vol. 217, Iss. 1–3. – P. 251–259.