Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

54
Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент
Джумагалиев Руслан Маркленович
Автор журнала «Охрана труда. Казахстан», президент АО «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и гражданской обороны КЧС МВД РК», кандидат технических наук, профессор
кандидат технических наук, профессор
Мақалада Алматы қаласында ағын суларды триклозаннан ГП-5 газтұтқысы сіңіргіші көмір шихтасының көмегімен тазарту жөніндегі зерттеудің нәтижелері ұсынылған. Бұл зерттеу муниципалдық ағын суларды тазартудың неғұрлым тиімді әдісін айқындауға мүмкіндік береді.

Қоршаған ортаны қорғау өте көпқырлы проблема болып табылады, оны шешумен атап айтқанда, негізінен ауа және су ортасын ластаудың көзі болып табылуы мүмкін, өнеркәсіптік кәсіпорындар мен елді мекендердегі шаруашылық қызметімен байланысты іс жүзінде барлық мамандықтардың инженерлік-техникалық қызметкерлері айналысады. Ластаудың мұндай көздерінің қатарына ағын және еріген қар сулары жатады [1–2].

Ағын сулар – бұл тұрмыстық, өндірістік немесе басқа мұқтаждықтар үшін пайдаланылған және әртүрлі қоспалармен ластанған, өзінің бастапқы химиялық құрамы мен физикалық қасиеттерін өзгерткен, сондай-ақ елді мекендер мен өнеркәсіптік кәсіпорындар аумағынан атмосфералық жауын-шашындар түсуден  немесе көшелерді суарудан ағып шығатын сулар.

Триклозан – антибактериялық препарат, ол тіс тазарту сықпасы, сусабын, сабын сияқты жеке гигиена өнімдерінің құрамдастары ретінде, бактерицид ретінде кеңінен пайдаланылады. Триклозан көптеген жуушы заттар мен косметикада тұрақтандырушы агент ретінде де қосымша пайдаланылады [3]. Триклозан липидтер биосинтезін бұғаттай отырып, бактериялардың өсуін басады [4].

Алайда бұл құрамды кеңінен пайдалану ағын суларда, ағын суларды тазарту қондырғылары мен суқабылдағыштарда триклозан мөлшерінің артуына әкеп соқты. Тасымалдау кезінде ол сондай-ақ су қабатында фототоқырауға ұшырайды [5].

Тазарту құрылыстарында триклозанды кетіру үшін әдетте белсенді тұнбаны қолданады, бірақ  40–60 % реагент жүйеде қалып қояды. Екінші жағынан, бұл кетірудің көбінде биотоқырау мен сорбциялық экстракция процестерінің есебінен болатындығын білдіреді [6–8].

Шетелдік және отандық әдебиетке талдау жасау құрамында триклозан бар ағын суларды тазарту проблемасының Қазақстанда аз зерттелгендігін көрсетті. Осыған байланысты, бұл тақырып бойынша кешенді зерттеулер жүргізу үшін триклозанды сіңіруге қабілетті отандық табиғи сорбенттердің үлгілерін зерттеу мақсатқа лайықты болды.

Су ерітінділерінен органикалық ластандырушылардың адсорбциясы үшін бәрінен бұрын, көміртекті кеуек материалдарды (белсендірілген көмірлердің әртүрлі үлгілері) немесе синтетикалық органикалық сорбенттерді қолдану ұсынылатындығы жақсы таныс.

Белсендірілген көмірлер дәстүрлі және жуырдағы уақытқа дейін бірден-бір дерлік тиімді адсорбенттер болып келді. Ең әртүрлі сұраныстары бар тұтынушылар санының өсуін ескерсек, белсендірілген көмірдің қолданыстағы маркілері әрқашанда қанағаттанарлық нәтижелер бере бермейді. Бұл ағын сулардың белгілі бір түрін тазарту үшін талап етілетін қасиеттері бар жаңа белсендірілген көмірлерді іздестіруге және синтетикалық адсорбенттер әзірлеуге түрткі болады. Мысалы, ағын суларды мұнай өнімдерінен тазарту үшін стиролдың қосымша полимерлері мен әртүрлі кеуектіліктегі дивинилбензолдың синтезделген үлгілері пайдаланылады. Синтетикалық сорбенттердің бірқатар басымдығына қарамастан, жоғары адсорбциялық қабілеттіліктерге ие болған белсендірілген көмір негізгі және кеңінен қолданылатын адсорбент болып қалуды жалғастырып келеді, перспективада оның негізінде ағын суларды тазарту сұлбалары жоспарлануда. Белсендірілген көмірлердің пайдасына салмақты дәлелдердің бірі ретінде олардың өнеркәсіптік көлемде шығарылуының жолға қойылғандығын атауға болады.

Өнеркәсіптік ағын суларды тазартуға арналған белсендірілген көмірлер мынадай қасиеттерді иеленулері тиіс:

  • олардың беті адсорбенттің күрделі молекулаларына қолжетімді болуы үшін салыстырмалы түрде ірі кеуекті болуы тиіс;
  • көмірлер қайта өндіру кезінде шамалы ұстап тұрушы қабілетті және қажалуға қарсы тұруға жоғары қабілетті иемденуі, сондай-ақ сумен оңай ылғалдануы тиіс;
  • қолданылу тәсіліне қарай белсендірілген көмірлерде белгілі бір ганулометриялық құрам: не ұнтақтар, не түйіршіктер болуы тиіс.

Белсендірілген көмірлер әртүрлі шикізаттардан: ағаштан, лигниннен, көмірден, сүйектерден, жаңғақтардың қабықтарынан дайындалады. Құрылымға кеуектілік беретін белсендіру термиялық немесе химиялық әдіспен жүргізілуі мүмкін.

Тесіктердің түр өзгерістерінің арақатынасы (микро-, макро- және өтпелі тесіктер) көмірлердің әртүрлі маркілерінде әртүрлі болуы мүмкін. Белсендірілген көмірлер кеуектілік сипатына қарай екі құрылымдық үлгіге: ұсақ кеуекті және ірі кеуекті болып бөлінеді.

Белсендірілген көмірлерді ластануларды кетіру үшін қолдануды екі тәсілмен жүзеге асыруға болады:

  • көмірлеумен (өңделетін суға ұнтақ тәрізді қоспалар);
  • түйіршіктелген көмір жүктемесі арқылы сүзгілеумен.

Бірқатар авторлардың мәліметтері бойынша, көмірлеу қолдануға қолайлырақ және көмір сүзгілерді пайдаланғаннан гөрі, енгізу кезінде күрделі шығындарды азырақ талап етеді.

Бұған қоса, ұнтақ тәрізді белсендірілген көмірдің құны түйіршіктелген көмірге қарағанда неғұрлым төмен, органикалық заттар молекулаларының ішкі диффузиясының жолы қысқаруы мен сыртқы бетінің артуы есебінен адсобцияның неғұрлым елеулі жылдам кинетикасына ие болады, бұл ағын суларды өңдеуді жылдамдатады.

Осыған байланысты Алматы қаласы муниципалдық ағын сулар үлгілерінің адсорбциясын зерттеу үлкен қызығушылық туғызады.

Эксперименттік бөлім

Біз адсорбент ретінде ГП-5 газтұтқысы сіңіргішінің кәдеге жаратылған көмір шихтасын таңдап алдық. Көмір шихтасының элементтік құрамын анықтау үшін  «ФОКУС-М2»  ренгенофлуоресцентті спектрофотометр мен  «ДРОН-3М» дефроктометрінде іргетастық параметрлер әдісі бойынша спектрлік талдама жүргізілді .

Ерітіндідегі триклозан мөлшері спектрофотометрия жолымен анықталды: Cary 50 Cons (Perkin-Elmer, Германия) толқын ұзындығы 280 нм кезінде толқындар ұзындықтарының ауқымы  190–900 нм (нанометр) болғанда.

Адсорбент морфологиясы крио-сканирирлеуші электрондық микроскопия  (SEM Криогенді) көмегімен  зерттелді. Әрбір үлгі атмосфералық қысым кезінде азотқа батырыла отырып, мұздатылды, бұдан кейін  –150 °C кезінде талқандалды,  –98 °С кезінде 60 сек. бойы суретке түсірілді және  Gâtan Альто 2500 Крио дайындық камерасындағы пластинаға тозаңдандырылды, одан кейін Cryo-SEM-ге ауыстырылды.

Нәтижелерді талдау

Физикалық, коллоидты-химиялық қасиеттерін кешенді зерттеуді тиімді жүргізу үшін  адсорбент құрылымын, құрамын және триклозан ерітінділерінің коллоидты-химиялық қасиеттерін алдын ала анықтау қажет. Осыған байланысты  «ФОКУС-М2» спектрофотометрі мен  «ДРОН-3М» дефроктометрінде  көмір шихтасы үлгілеріне спектрофотометриялық және  рентгенофазалық талдау жүргізілді  (1сурет).

1 сурет

Көмір шихтасының элементтік құрамы

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

1 суреттен адсорбенттің құрамында елеулі мөлшерде мыстың (85,567 %), калий (0,160 %), титан (0,198 %), хром (7,757 %), темір (5,332 %) мен кальцийдің  (0,985 %) бар екендігі көрініп тұр.

 ГП-5 газтұтқысы сіңіргіші көмір шихтасының физика-химиялық және адсорбциялық сипаттамаларын анықтау бойынша зерттеулер жүргізілді. Нәтижелері 1 кестеде ұсынылған.

1 кесте.

ГП-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасын сынаулар

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

1 кестеге сәйкес, шихта қышқылдық экстрактілеуден, сумен шаю мен кептіруден кейін формасын сақтаған және йод бойынша адсорбциялық белсенділігі – 46,45 % болды. Рентген фазалық және спектрометриялық зерттеулер нәтижелерімен түзетімдеу айқындалды. Мыс пен хром иондарынан бөлек сапалық реакциялар көмегімен темір, марганец, кремний, калий мен кальций иондары да айқындалды.

Сұйық фазадан модельдік жүйелерде триклозан, метилтриклозан мен оның хлорлы туындыларының адсорбциясы процесін зерттеу мақсатымен  иргасанды адсорбциялық сіңіру бойынша эксперименттік зерттеулер жүргізілді. Түйіршіктеу графигін құру үшін алдымен иргасан (триклозан) ерітіндісінің сіңірілу спектрі жазылып алынды және барынша сіңірілуге (триклозан толқыны ұзындығының максимумы 280 нм-ге сәйкес келеді) сәйкес келетін толқын ұзындығы табылды. Одан кейін анықталатын құрамдасының әртүрлі мөлшері бар стандартты ерітінділер топтамасы дайындалды және олардың оптикалық тығыздығы таңдап алынған толқын ұзындығы (280 нм) мен қабат қалыңдығы бойынша өлшенді. А-дан С координаталарына дейін түйіршіктеу графигі құрылды. Бугер – Ламберт – Бер заңына бағынған жағдайда және еріткішке қатысты оптикалық тығыздық өлшенген кезде график координаталардың басталуы арқылы өтетін түзу сызық болып табылады. Триклозанның мөлшерлемелік графигі 2 суретте ұсынылған, ол бойынша бұдан кейін триклозанның модельдік және нақты ерітінділеріндегі концентрациялары анықталатын болады (3 сурет).

2 сурет

Әртүрлі концентация мен толқын ұзындығы кезінде иргасанның (триклозанның) спиртті ерітіндісінің абсорбциялық сіңірілуінің мөлшерлемелік қисық сызықтары

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

3 сурет 

280 нм кезінде абсорбциялық сіңірілудің триклозанның спиртті ерітіндісінің концентрациясына байланыстылығы

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

Триклозан адсорбциясы СЭМ-түсірілімдер  (4, 5 суреттер) және  УК-спектрофотометрияның (2 кесте) көмегімен анықталды.

4 сурет 

ГП-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы адсорбентінің әртүрлі шешілумен адсорбцияға дейінгі СЭМ түсірілімдері

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

5 сурет  

ГП-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы адсорбентінің триклозан адсорбциясынан кейінгі СЭМ-түсірілімдері

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

Муниципалдық ағын суларды триклозаннан тазартуға арналған, гп-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы негізіндегі сорбент

ГП-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы адсорбентінің адсорбцияға дейінгі және кейінгі СЭМ-түсірілімдеріне сәйкес  адсорбциядан кейін адсорбенттің бірігуі болып өтетіндігі көрініп тұр, бұл триклозан макромолекулаларының оңды адсорбциясын дәлелдейді.

Мұны триклозанның спиртті ерітіндісінің (4 %)  адсорбциясын УК-спектрофотометриямен зерттеу кезіндегі эксперименттік мәліметтердің нәтижелері растайды. Әртүрлі концентрациялардағы триклозанның көмір шихтасындағы адсорбциясынан 3, 5, 10 күннен кейінгі УК-спектрлері 2 кестеде ұсынылған.

Күткендегіміздей, ГП-5 адсорбентімен жанасу уақыты артуымен триклозан концентрациясы азаяды (2 кесте). Жанасу уақытының елеулі әсер етуі триклозанның 50, 200 және 400 мг/л концентрациялары кезінде байқалады. Мысалы, триклозанның бастапқы концентрациясы  50 мг/л  болған кезде ГП-5 адсорбентімен адсорбциялаудан кейін триклозанның қалдықтық концентрациясы  45 мг/л-ді құрайды (триклозанның пайыздық құрамы  90 %), 5 күннен кейін – 25 мг/л (50 %), 10 күннен кейін – 23 мг/л (46 %) болады. Триклозан концентрациясының артуымен (200 мг/л)  3 күннен кейін триклозанның модельдік ерітіндідегі құрамы 120 мг/л-ді, 10 күннен кейін  – бар-жоғы 10 %-ды құрайды.

2 кесте.

Триклозанның  ГП-5 газтұтқысы сіңіргішінің көмір шихтасы адсорбциясынан кейінгі қалдықтық концентрациясы мен пайыздық құрамы

  Қалдықтық концентрация

(триклозан)
    (мг/л)

Бастапқы

 концентрация (триклозан) (мг/л)

 3 күннен кейін

 5 күннен кейін

 10 күннен кейін

соңғы

концентрация

(мг/л)

%

соңғы

концентрация

(мг/л)

%

соңғы

концентрация

(мг/л)

%

50

45

90

25

50

23

46

100

28

28

23

23

20

20

200

120

60

23

12

20

10

Әдебиет тізімі

1. Сергеев Е. М., Кофф Г. Л. Рациональное использование и 
охрана окружающей среды городов. – Москва. – 2006. –  88 б.

2. Ливчак И. Ф., Воронов Ю. В. Охрана окружающей среды. Учебное пособие. – М.: Стройиздат. – 1988. –  191 б..

3. McBain A. J., Bartolo R. G., Catrenich C. E. Exposure of sink drain microcosms to triclosan: population dynamics and antimicrobial susceptibility // Appl. Environ. Microbiol. – 2003. – Vol.69, № 9. – Р. 5433 – 42.

4. Aiello A. E., Marshall B., Levy S. B., Della-Latta P., Larson E. Relationship between triclosan and susceptibilities of bacteria isolated from hands in the community // Antimicrob. Agents Chemother. – 2004. – Vol. 48, 8. – Р. 2973 – 9.

5. Lindström A., Bürge I. J., Poiger T., Bergqvist P. A., Müller M. D., Buser H. R. Occurrence and environmental behavior of the bactericide triclosan and itsmethyl derivative in surface waters and in wastewater // Environ. Sci. Technol.36. – 2002. – P.2322 – 2329.

6. Heidler J., Halden R. U. Mass balance assessment of triclosan removal during conventional sewage treatment // Chemosphere. – 2007. – Vol.66. – P.362 – 369.

7. Coogan M. A., Edziyie R. E., La Point T. W., Venables B. J. Algal bioaccumulation of triclocarban, triclosan, and methyl-triclosan in a North Texas wastewater treatment plant receiving stream // Chemosphere. – 2007. – Vol.67. – P. 1911 – 1918.

8. Federle T. W., Kaiser S. K., Nuck B. A. Fate and effects of triclosan in activated sludge // Environ. Toxicol. Chem. – 2002. – Vol.21. – P. 1330– 337.

http://eru-otruda.mcfr.kz



Ваша персональная подборка

    Участвуй в наших семинарах

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Записаться

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией

    © 2007–2017  «Кадры и охрана труда  МЦФЭР - Казахстан» 

    Все права защищены. Полное или частичное копирование любых материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции  «Кадры и охрана труда МЦФЭР - Казахстан». Нарушение авторских прав влечет за собой ответственность в соответствии с законодательством РК.

    По вопросам подписки обращайтесь:        +7 (727) 323-62-12/13

    По вопросам клиентской поддержки:          +7 (727) 237-77-04

    
    • Мы в соцсетях
    Сайт предназначен для специалистов по кадровому делу, охране труда и делопроизводству

    Чтобы продолжить чтение, пожалуйста 
    зарегистрируйтесь.
    Это бесплатно и займет всего минуту, а вы получите:
    • доступ к 1 500+ полезным статьям
    • 2 500+ актуальных ответов от ведущих экспертов
    • шаблоны документов, пошаговые инструкции
    • ежедневно обновляемая информация
    • приглашение на участие в семинарах и вебинарах 

    У меня есть пароль
    напомнить
    Пароль отправлен на почту
    Ввести
    Я тут впервые
    И получить доступ на сайт Займет минуту!
    Введите эл. почту или логин
    Неверный логин или пароль
    Неверный пароль
    Введите пароль