vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2018-20-1-148-159vestniktgasu-389Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSСОРБЕНТ ИЗ ЖЕЛЕЗИСТОГО ШЛАМА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВIRON SLUDGE SORBING AGENT FOR SEWAGE PURIFICATION FROM HEAVY METAL IONSЛукашевичО. Д.LukashevichO. D.

Лукашевич Ольга Дмитриевна - доктор технических наук, профессор.

Olga D. Lukashevich - DSc, Professor.

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

odluk@yandex.ruУсоваН. Т.UsovaN. T.

Усова Надежда Терентьевна - кандидат технических наук.

634050, Томск, пр. Ленина, 30

Nadezhda T. Usova – PhD.

30, Lenin Ave., 634050, Tomsk

usovant@tpu.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияТоmsk State University of Architecture and BuildingRussian FederationНациональный исследовательский Томский государственный политехнический университетРоссияNational Research Тоmsk Polytechnic UniversityRussian Federation20181304201801148159Copyright © Лукашевич О.Д., Усова Н.Т., 20182018Лукашевич О.Д., Усова Н.Т.Lukashevich O.D., Usova N.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/389

Разработан и экспериментально проверен способ получения гранулированного сорбента для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (на примере меди и цинка). В состав сырьевой смеси для получения сорбционного материала входят железистый шлам – отход водоподготовки, жидкое стекло, оксид кальция, вода. Выбрано оптимальное массовое соотношение компонентов состава сырьевой смеси, обеспечивающее высокую прочность и водостойкость образцов сорбента: 10 – железистого шлама (в сухом состоянии), 1 – оксида кальция, 14 – жидкого стекла и 4 – воды. Исследованы режимы приготовления образцов, и подобраны оптимальные условия термообработки, при которых обеспечивается прочность и сохраняется достаточная пористость и удельная поверхность. Представлены результаты исследования физико-механических свойств образцов гранулированного сорбента. Определены статическая обменная ѐмкость сорбента и степень извлечения полученными образцами сорбентов ионов меди и цинка из модельных растворов их солей. Результаты исследования вносят вклад в решение задачи повышения эффективности замкнутых водохозяйственных систем. Их внедрение позволит одновременно утилизировать многотоннажные отходы водоподготовки и обеспечить эффективными дешевыми сорбентами сооружения для очистки сточных вод.

The paper suggests a method of synthesizing a granulated sorbing agent for sewage purification from ions of heavy metals (copper and zinc). The raw material mixture includes iron sludge produced by water treatment, liquid glass, caustic limestone, and water. The optimum mass ratio of 10:1:14:4 (dry iron sludge, calcium oxide, liquid glass, water) is selected for the mixture composition which provides the high strength and water resistance of sorbing agent. The paper considers the preparation and the optimum thermal treatment conditions which ensure the strength, appropriate porosity and specific surface of specimens. Research results are obtained for mechanical-and-physical properties of synthesized granular sorbing agent. The static exchange capacity and the extraction degree of copper and zinc ions from model saline solutions are detected herein. Research results contribute to the problem of the efficiency improvement of closed water utilization systems and can be used in utilization of large-tonnage water treatment wastes, thereby providing sewage purification facilities with inexpensive sorbing agents.

железистый шламсорбентжидкое стекловодоочисткаутилизация отходовтяжелые металлыадсорбцияiron sludgesorbing agentliquid glasswater purificationheavy metalswaste treatmentadsorptionReferencesКлимов, Е.С. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод / Е.С. Климов, М.В. Бузаева. – Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 201 с.Klimov E.S., Buzaeva M.V. Prirodnye sorbenty i kompleksony v ochistke stochnyh vod [Natural sorbing agents in sewage purification]. Ul'yanovsk: UlGTU Publ., 2011. 201 p. (rus)Sorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions: A Review / G. Zhao, X. Wu, X. Tan, Х. Wang // The Open Colloid Science Journal. – 2011. – № 4. – P. 19–31.Zhao G., Wu X., Tan X., Wang Х. Sorption of heavy metal ions from aqueous solutions. A Review. The Open Colloid Science Journal. 2011. No. 4. Pp. 19–31.Физико-химические аспекты загрязнения и очистки поверхностных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов природными сорбентами / О.А. Давыдова, А.А. Лукьянов, Е.С. Ваганов [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН. – 2014. – Т. 16. – № 4. – С. 523–525.Davydova O.A., Luk'janov A.A., Vaganov E.S., et al. Fiziko-himicheskie aspekty zagrjaznenija i ochistki poverhnostnyh vod ot tjazhelyh metallov i nefteproduktov prirodnymi sorbentami [Physicochemical aspects of surface water pollution and purification from heavy metals and oil products using natural sorbing agents]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra RAN. 2014. V. 16. No. 4. Pp. 523–525. (rus)Пимнева, Л.А. Очистка природных и сточных вод от цветных металлов / Л.А. Пимнева // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 5. – С. 99–100.Pimneva L.A. Ochistka prirodnyh i stochnyh vod ot cvetnyh metallov [Purification of natural and waste water from non-ferrous metals]. Uspehi sovremennogo estestvoznanija. 2011. No. 5. Pp. 99–100. (rus)Benjamine, M.M. Multiple-site adsorption of Cd, Cu, Zn and Pb on amorphous iron oxyhydroxide / M.M. Benjamine // J. Colloid Interface Sci. –1981. – V. 79. – № 1. – Р. 209–221.Benjamine M.M. Multiple-site adsorption of Cd, Cu, Zn and Pb on amorphous iron oxyhydroxide. J. Colloid Interface Sci. 1981. V. 79. No. 1. Р. 209–221.Природно-техногенные минеральные новообразования на водозаборах Томской области / И.В. Вологдина, Е.М. Дутова, Д.С. Покровский [и др.] // Вестник СПбГУ. Сер. 7. – 2015. – Вып. 3. – С. 58–72.Vologdina I.V., Dutova E.M., Pokrovskii D.S., et al. Prirodno-tehnogennye mineral'nye novoobrazovanija na vodozaborah Tomskoi oblasti [Natural and man-made mineral new formations at water intakes of the Tomsk region]. Vestnik SPbGU. Ser. 7. 2015. No. 3. Pp. 58–72. (rus)Станкевич, К.С. Выделение и утилизация отходов водоподготовки Томского водозабора / К.С. Станкевич, Н.Т. Усова, О.Д. Лукашевич // Использование и охрана природных ресурсов в России. – 2010. – № 3. – С. 12–15.Stankevich K.S., Usova N.T., Lukashevich O.D. Vydelenie i utilizatsiya otkhodov vodopodgotovki Tomskogo vodozabora [Separation and utilization of water treatment waste of Tomsk water intake]. Ispol'zovanie i ohrana prirodnyh resursov v Rossii. 2010. No. 3. Pp. 12–15. (rus)Лукашевич, О.Д. Экологические проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод / О.Д. Лукашевич, Н.Т. Усова, И.В. Барская // Экология промышленного производства. – 2007. – № 3. – С. 10–15.Lukashevich O.D., Usova N.T., Barskaya I.V. Ekologicheskie problemy obrabotki i utilizatsii osadkov stochnykh vod [Ecological problems of treatment and utilization of sewage sludge]. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva. 2007. No. 3. Pp. 10–15. (rus)Лукашевич, О.Д. Комплексное решение технологических проблем очистки сточных вод и утилизации железосодержащих осадков станций водоподготовки / О.Д. Лукашевич, И.В. Барская // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2009. – № 1. – С. 153–158.Lukashevich O.D., Barskaya I.V. Kompleksnoe reshenie tekhnologicheskikh problem ochistki stochnykh vod i utilizatsii zhelezosoderzhashchikh osadkov stantsii vodopodgotovki [Complex solution of technological problems of wastewater treatment and utilization of iron-containing precipitations at water treatment plants]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2009. No. 1. Pp. 153–158. (rus)Влияние ЭДТА на сорбцию тяжелых металлов гетитом / А.С. Антонова, Т.Н. Кропачева, М.В. Дидик, В.И. Корнев // Вестник Удмуртского университета. – 2013. – № 1. – С. 3–10.Antonova A.S., Kropacheva T.N., Didik M.V., Kornev V.I. Vliyanie EDTA na sorbtsiyu tyazhelykh metallov getitom [EDTA effect on goethite absorption of heavy metals]. Vestnik Udmurtskogo universiteta. 2013. No. 1. Pp. 3–10.Abdus-Salam, N. The influence of pH and adsorbent concentration on adsorption of lead and zinc on a natural goethite / N. Abdus-Salam, F.A. Adekola // Af. J. Sci. Tech. – 2005. – V. 6. – № 2. – Р. 55–66.Abdus-Salam N., Adekola F.A. The influence of pH and adsorbent concentration on adsorption of lead and zinc on a natural goethite. African Journal of Science Technology. 2005. V. 6. No. 2. Рp. 55–66.Kooner, Z.S. Prediction of adsorption of divalent heavy metals at the goethite/water interface by surface complexation modeling / Z.S. Kooner, Ch.D. Cox, J.L. Smoot // Environ. Toxicol. Chem. – 1995. – V. 14. – № 12. – Р. 2077–2083.Kooner Z.S., Cox Ch.D., Smoot J.L. Prediction of adsorption of divalent heavy metals at the goethite/water interface by surface complexation modeling. Environ. Toxicol. Chem. 1995. V. 14. No. 12. Рp. 2077–2083.Weirich, D.A. Influence of Organic Ligands on the Adsorption of Copper, Cadmium, and Nickel on Goethite : dis. … dr. nat. sci. – Zürich, 2000. – 184 р.Weirich D.A. Influence of organic ligands on the adsorption of copper, cadmium, and nickel on goethite. DSc Thesis. Zürich, 2000. 184 р.Водяницкий, Ю.Н. Гидроксиды железа в почвах (обзор литературы) / Ю.Н. Водяницкий // Почвоведение. – 2010. – № 11. – С. 1341–1352.Vodyanitskii Yu.N. Gidroksidy zheleza v pochvakh (obzor literatury) [Iron hydroxides in soils (literature review)]. Pochvovedenie. 2010. No. 11. Pp. 1341–1352. (rus)Погадаева, Н.И. Извлечение нефтяных примесей и фенола из водных сред сорбентами на основе железосодержащего осадка водоочистки : автореф. дис. … кандидат техн. наук. – Томск : Институт химии нефти СО РАН, 2010. – 23 с.Pogadaeva N.I. Izvlechenie neftjanyh primesej i fenola iz vodnyh sred sorbentami na osnove zhelezosoderzhashhego osadka vodoochistki [Extraction of oil impurities and phenol from aqueous media by sorbents based on iron-containing sludge of water treatment. PhD Abstract]. Tomsk: Institut himii nefti SO RAN, 2010. 23 p. (rus)Шарапова, А.В. Применение ультразвука для интенсификации сорбционной очистки сточных вод / А.В. Шарапова // Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. – 2013. – № 1 (1). – С. 109–111.Sharapova A.V. Primenenie ul'trazvuka dlja intensifikacii sorbcionnoj ochistki stochnyh vod [Application of ultrasound for the intensification of sorption purification of waste water]. Vestnik Nizhegorodskogo un-ta im. N.I. Lobachevskogo. 2013. No. 1. Pp. 109–111. (rus)Усова, Н.Т. Водостойкие безавтоклавные силикатные строительные материалы на основе песка, жидкостекольных композиций и шламов водоочистки / Н.Т. Усова, В.А. Лотов, О.Д. Лукашевич // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2013. – № 2. – С. 276–284.Usova N.T., Lotov V.A., Lukashevich O.D. Vodostoikie bezavtoklavnye silikatnye stroitel'nye materialy na osnove peska, zhidkostekol'nykh kompozitsii i shlamov vodoochistki [Waterresistant non-autoclave silicate construction materials based on sand, liquid-glass compositions and water treatment sludge]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2013. No. 2. Pp. 276–284. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.