Использование кленового опада для очистки водных объектов от ионов железа (II)

The article discusses the possibility of using maple tree waste as a sorption material for water purification from iron ions (II). The experiment was carried out on model water contaminated with iron sulfate (II) with an initial concentration 100 mg/dm3. For comparison the values of sorption capacity parallel similar experiment was conducted with a cation exchange resin KU-2. According to the results of experiments showed that the treatment efficiency is 88,15% and 95,48% for the maple tree waste and cation exchange resin KU-2, respectively. However, because in both experiments the residual concentration of iron ions does not comply with the MPC, the sorption material in question can be used for pre-cleaning step.

Тяжелые металлы (ТМ) – широко известные промышленные загрязнители. Основными источниками поступления их в водоемы являются сточные воды гальванических цехов, предприятия рудного и шахтного производства, машиностроения и металлообработки, черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности и др. [1]. Попадая в организм человека, ТМ накапливаются в нем, обуславливая выраженные мутагенные и канцерогенные эффекты. В связи с вышесказанным проблема очистки промышленных стоков является особенно актуальной.

Одним из наиболее распространенных ТМ является железо. Основным источником его попадания в водные объекты являются процессы выветривания горных пород, промышленные стоки предприятий металлургической, металлообрабатывающей, лакокрасочной, текстильной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Поскольку железо является активным элементом, оно обладает способностью влиять на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоёмах [2].

Существует множество способов очистки промышленных стоков от ионов ТМ. Например, для удаления из сточных вод их солей кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации. При небольшом содержании тяжелых металлов в сточных водах может быть использована биологическая очистка [3].

Для глубокой очистки сточных вод применяют сорбционный метод. Достоинствами данного способа являются высокая степень очистки, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ и др. в качестве сорбентов наиболее часто применяют глины, силикагели, алюмогели, активные угли. Однако недостатком названного метода является относительно высокая стоимость промышленных адсорбентов, технологическая трудоемкость изготовления и поиск пути регенерации отработанного сорбента. Именно поэтому поиск и разработка новых дешевых сорбционных материалов является перспективной задачей экологии [1]. Природными источниками для получения сорбентов могут выступать отходы растениеводства (стебли подсолнечника, кукурузные початки, шелуха ячменя, овса, пшеницы) и производства (опилки, зола, шлаки и т.д.). [4].

В связи с вышеизложенным, исследовалась возможность очистки модельных вод от ионов Fe(II) с помощью опада кленового (ОК) вида Acer platanoides (клён остролистный). Преимуществом выбранного материала являются доступность, а также возможность ежегодного пополнения его запасов. Кленовый листовой опад относится к целлюлозосодержащему сырью, в состав которого входят дубильные вещества, лигнин, метиламин, изометиламин, флавоноиды, которые способны взаимодействовать с ионами тяжелых металлов. Кроме того, проводилось сравнение эффективности применения данного отхода с катионитом.

Эксперимент проводился следующим образом. В ходе очистки модельных растворов, содержащих ионы Fe(II) в концентрации 100 мг/дм3 к пяти пробам, содержащим по 100 см3 раствора, добавляли измельченный ОК массой 1 г, после чего смеси перемешивались, отбиралась проба через 10, 30, 60, 75 и 90 мин от начала эксперимента. После выдержки проба отфильтровывалась через бумажный фильтр, и в фильтрате определялась остаточная концентрация ионов железа (II) фотоколориметрическим методом [5]. Аналогичный опыт повторяли с катионитом марки КУ-2. По полученным данным строили кривые зависимости концентрации ионов железа от времени контакта (рисунок 1).

Рисунок 1 – График зависимости сорбционной емкости от времени контакта модельного раствора и сорбционного материала

В ходе эксперимента установлено, что в пробе после 60 мин взаимодействия модельных вод с ОК остаточная концентрация ионов Fe2+ составила 11,85 мг/дм3, с катионитом – 4,52 мг/дм3.

На основании анализа графических зависимостей можно сделать вывод, что эффективность очистки при использовании данных сорбционных материалов практически сопоставима, так для ОК она составила 88,15 %, а для катионита – 95,48 %. Поглощение ионов Fe(II) происходит в течение 60 мин, затем наступает насыщение материала и начинается десорбция ионов железа (II).

Поскольку остаточная концентрация ионов Fe(II) не соответствует значению ПДК=0,3 мг/дм3 по ионам железа в воде культурно-бытового назначения, то исследуемые воды требуют дальнейшей очистки, а кленовый опад может быть рекомендован к использованию на стадии предварительной очистки сточных вод.