РЕФЕРАТ

У В О Д

Целта на пречистването на отпадъчни води е опазване на водните

ресурси от замърсявне, затова това един от най-сериозните проблеми за

решаване. Те биват замърсявани с различни опасни вещества с органичен и

неорганичен състав. Премахването на замърсители от водните разтвори е

важен проблем не само от екологична, но също така и от икономическа

гледна точка. Голям е проблем с устойчивите токсични съединения в

отпадъчните води от текстилната индустрия. Текстилната промишленост е

на първо място по употреба на багрила и отпадъчните води, изхвърляни от

текстилното производство са оцветени и нанасят сериозни вреди на

околната среда дори и с минимални количества. Багрилата са синтетични

ароматни съединения с различен милекулен състав и имат широко

приложение в индустриалния сектор като оцветяващ материал.

Устойчивостта, не биоразградимостта и токсичността са една от

причините багрилата да имат вредно влияние върху водите и почвата в

околната среда.

Факта, че багрилата заемат една голяма част от нашето ежедневие и

имат вредно влияние не само върху околната среда, но и върху човека,

налага провеждане на проучвания и изследвания за тяхното отстраняване

от водните разтвори. Един от методите за пречистване на отпадъчни води

от багрила е адсорбцията с природни материали, които биват по-евтини и

по лесно достъпни.

6

І. ТЕОРИТИЧНА ЧАСТ

1. Литературен обзор по поставения проблем

Отпадъчните води от промишлености като текстилна, кожарска,

хартиено-целулозна и други съдържат разнообразнни класове багрила.

Необходимосттта от отстраняване на багрилата от потоците е

продиктувана от факта, че те са токсични за водната флора и фауна и

малки количества от тях води до висока степен на оцветяване на водата.

Сред най-често използваните в практиката са химическите, физическите и

биохимически методи за пречистването на отпадъчни води. Най-

ефективния метод за отстраняване на багрила е адсорбцията.

Т. Валац прави изледвания за влиянието на способността на

анаеробни и аеробни биологични тини да намалят и да стабилизират

компоненти на азобагрилата в промишлените текстилни води [1].

Докато преподаватели от катердра “Химично инжинерство” от

техническия колеж в Шенай, Индия провеждат редица експерименти на

биосорбция за премахване на метиленово синьо от водните разтвори,

използвайки pithophоra sp-сладководно водорасло като адсорбент.

Резултатите показват,че сорбционната способност на адсорбента са

много добри [2].

Mahmut O’zacar и I. Avhan от университета Sanarya в Турция

използват широко разпространения и евтин алумит като потенциален

адсорбент за отстраняване на багрила.

Адсорбцията на багрилата е проведена спрямо няколком параметъра:

време, температура, размер на частиците, рН, време за разбъркване и

концентрация на багрилото [3].

7

Учените от националния технически институт Лиен Хо в Тайван

провеждат серия от експерименти –адсорбция на реактивни багрила

схитасанови зърна с омрежена структура. Изледванията са били спрямо

размера на зарнта, температурата, концентрацията на багрилото и рН.

Увеличаването на концентрацията на багрилото се отразява в

нарастване на адсорбционната способност, която също се повишава с

понижаване на рН [4].

Б. Куманова и Б. Ачова са направили редица експерименти за

пречистване на багрила от отпадъчни води. Опитите са правени с различни

начални концентрации, с различно количество адсорбент –kudzu и с

различна скорост на разбъркване. Резултатите показват 93% пречистване

на водния разтвор [5].

От националния институт за напреднала индустриална наука и

технологии изучават премахването на метиленово синьо от водните

разтвори ралични видве coal fly ash(пепе от кмени въглища). Резултатите

показват, че адсорбционния капацитет зависят от химическите и

физическите характеристики на пепелт [6].

За извличането на астразоново синьо, Гордан МаКой използва кварц

[7].

През 2000 год Г. Уеукар прави изседвания за способността на

активния въглен за пречистване на багрила от текстилната промишленост.

Използвания от него сорбенент е зърнес активен въглен [8]. Друг учен

занимаващ се с сорбционните качества на активния въглен е В. Мохан от

Индииския институт по химични технологии [9].

Използването на природни материали за сорбенти е една все

позавлавяваща идея. Мд. Алам работи над използването на растението

Biosolids, за извличане на багрила от водни разтвори. Адсорбцията на

багрилата е проведена спрямо няколком параметъра: време, температура,

обороти на разбъркване, рН, време за разбъркване[10].

8

2. Основни методи за пречистване на отпадъчни води

Главната цел на пречистването на водите е опазване на водните

ресурси от замърсяване. Пречистените води мога да бъдат използвани за

гасене на пожари, за оборотни води в предприятията, в селското

стопанство и др. Основните методи за пречистване се разделят на

механични, физикохимични, химични и биологични.

2.1. Механично пречистване

Чрез този метод се задържат и отстраняват по-голяма част от

неразтворените вещества, а замарсяването с органични вещества се

намалява с 15 да 35 %.

Процесите, които се използват, са: прецеждане, утаяване и

филтруване, а съоръженията са от типа решетки и сита.

Суспендираните частици, които са по-тежки от водата, се отделят в

пясакозадаржатели, които могат да бъдат хоризонтални, вертикални и

радиални.

Фино суспендираните вещества се отстраняват при необходимост

чрез филтруване или центрофугиране.

Плаващите замърсители, като масла, нефт, смоли, се отделят чрез

механично изгребване в съоражения наречени нефтоуловители.

2.2. Физикохимично пречистване

9

Физикохимичните методи са : коагулация, електро-коагулация,

флотация, сорбция, йонообмен и др. Те се прилагат най-често за

промишлени отпадъчни води.

Поради необходимостта от използване на реагенти при

физикохимичните методи се налага използването на допълнителни

съоръжения за съхранение на реагентите.

2.3. Химични пречистване

Химичните методи за пречистване се прилагат главно за

промишлени отпадъчни води, които най-често се характеризират със

специфичен състав на замърсителите. Непосредственото включване на

такива води в обществената канализация не се разрешава поради

евентуалното има разрушително действие върху съораженията и върху

биологичните процеси на самопречистване. Затова е много случаи

химичните методи се прилагат преди биологичните и физикохимичните.

То може да се използва самостоятелно , например в система за оборотно

водоснабдяване или локална пречиствателна станция, а също така за

обязцветяване и дезинфекция.

2.4. Биологично (биохимично) пречистван

Биологичното пречистване се основава на обстоятелството, че при

своята жизнена дейност много микроорганизми замърсяващи вещества.

Малка част от усвоените вещества служи за изграждане на биомаса, по-

голямата част служи за енергетичните им нужди и се превръща в

неорганични съединения (предимно Н2О и СО2).

10

Размножавайки се във водата, микрооргнизмите образъват колонии с

парцалести форми. Тези образувания се наричат активна биомаса, активна

утайка или активна тиня.

За да могат да се пречистват промишлени отпадъчни води трябва

концентрацията на замърсителя да варира в определени граници. При

превишаване на горната граница замърсителите стават токсични за

микроорганизмие, а при понижаване на долната граница започва

измирането на микроорганизмите, поради липса на хранителни вещества.

3. Адсорбция

За отстраняване на устойчиви органични вещества, неразградими по

биохимичен път –танини, протеини, пестициди, багрила и др се прилагат

сорбционните методи за пречистване на флуиди.

Един от основните методи за отстраняване на замърсители от

отпадъчни води е адсорбцията. Тя е икономически изгоден и ефективен

метод на пречистване и предизвиква изключително внимание за

премахване на багрила от отпадъчни води.

Различава се адсорбция в статични условия и адсорбция в динамични

условия. Адсорбционната способност на данен сорбент в динамични

условия е винаги по малка от тези в статични условия.

Процесът на адсорбция се провежда с различни по вид и състав

адсорбенти. Най-често използван е активния въглен. Предпочитани са

адсорбентите с голяма специфична повърхност. Най-важните показатели

са тяхната порестост, структура на порите и химичният им състав [1].

Интересът към природните материали ка адсорбенти за премахване

на багрила постепенно нараства, тъй като те са икономически изгодни и

11

ефективни. Перлит, зеолит, бентонит, природни глини, активна утайка и

редуца други все повече предизвикват интерес.

За адсорбционните качества на сорбента се съди по адсорбционната

му изотерма, която представлява графично изображение на динамичното

равновесие между количеството сорбат, сорбирано върху единица маса от

сорбента, и равновесната му концентрация във водата. Често за

математичното му описание се използва емпиричното уравнение на

Фройндлих [2].

12

II. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЧАСТ

1. Характеристика на замърсителя

1.1. Общо характеристики

Багрилата са синтетични ароматни съединения с различен милекулен

състав и имат широко приложение в индустриалния сектор като оцветяващ

материал. Те са трудно биоразградими и са с висока степен на оцетяване,

забавят фотосинтеза в течащите води и могат дълго време да не се

разградят.

1.2. Азо багрила

Азо багрилата са съставен клас и обхваща 60 - 70 % от всички бои.

Те съдържат азо група, - N = N -, кой свързва два атома на въглерод на sp

хибидизацията. Често, тези въглерод е част на ароматни системи, но това

не винаги е така. Повечето азо багрила съдържат само една азо група, но

някои съдържат две (DISAZO), три (TRISAZO) или повече.

Докато другите класове багрила стават по малко приложими от

екологични и икономически причини, азо багрилата стават все по

предпочитан алтернатива [ www.greatvistachemicals.com].

13

1.3. Използвани багрила

1.3.1. Характеристика на CIBAСRON GELB P-6GS CR

Търговско име: Цибакрон гелб P-6GS CR

CIBAСRON GELB P-6GS CR

Таблица1. Физически и химически свойства на CIBAСRON GELB

Химическо описание Азобагрило

Форма Гранулат

Цвят Жълт

Мириз Няма

Разтворимост във вода100 g dm-3 при 30оС

100 g dm-3 при 90оС

рН стойност 7-7.5 1 g dm-3

1.3.2. Характеристика на CIBAСRON ORANGE P-2R GR

Търговско име: Цибакрон оранж P-2R GR

CIBAСRON ORANGE P-2R GR

14

Таблица 2. Физически и химически свойства

Химическо описание Азобагрило

Форма Гранулат

Цвят Оранжев

Мириз Няма

Разтворимост във вода100 g dm-3 при 30оС

100 g dm-3 при 90оС

рН стойност 5.5 -6.5 1 g dm-3

1.4. Аналитични методи за определяне замърсителя

1.4.1 Спектрометрия в видимата област

Спектрите, които се регистрират в тази област се наричат още

електронни спектри, тъй като поглъщането на електронните магнитни

кванти предизвиква електронни преходи от по-ниско енергетични на по-

високо енергетични орбитали. Електронните спектри се регистрират при

абсорбция на електромагнитни излъчвания с дължина на вълната 400-

800 nm и принадлежи към видимата област на спектъра.

При спектралните изследвания в видимата област се отчита

свсетлинната абсорбция А. Освен от строежа на молкулите тя зависи от

тяхната концентарция в изследваната проба и от дължината на пътя на

светлинния лъч през поглъщаната среда, съгласно закона на Буге-Ламбер-

Беер

15

А= Е.l.C, където

А- светлинна абсорбция,

l- дължина на пътя на светлинния лъч, cm

С- концентрация на молекулите в изследваната проба, mg dm-3

Е- коефициент на пропорционалност

Ако дължина на пътя на светлинния лъч I се изрази в cm, концентрация на

молекулите в изследваната проба C в mol dm-3, коефициентът на

пропорционалност E придобива значението на моларен екстинкционен

коефициент. Той има измерение dm3 mol-1 cm-1, но обикновено се изразява

като безразмерна величина.

1.4.2. Начин на работа

Точната концентарция на багрилото в разтвора се определя

спектрофотометрично. Измерванията се провеждат на спектрофотометър

„ SPECOL 11 “, производство на фирма „CARL ZEISS JENA “ Германия.

Използват се кювети с дебелина на слоя 10 mm и дължина на вълната,

определената максимална - за CIBACRON ORANGE max 490 nm и за

CIBACRON GELB P-6GS CR max 420 nm

Измерва се абсорбцията на светлината на моделни водни разтвори на

изследваното багрило при определената дължина на валната.

На база наполучените данни от спектрофотометричното определяне е

построена стандартна грагика за отчитане на концентарцията на

анализираните проби. Използваните моделни разтвори са с концентарции:

3, 5, 7.5, 10, 15, 30 mg dm-3 за CIBAСRON ORANGE и 3, 5, 6, 10, 12,

15, 30 mg dm-3 за CIBAСRON GELB.

16

1.4.3. Построяване на стандартна графика

Построяването на стандартна графика става като се използва

уравнението на права

А= a + b . С , където

А - абсорбция на светлината

С - концентрация на изследваното вещество в разтвора, mg dm-3

a, b – коефициенти.

Фиг.1. Стандарнтна графика на багрилото CIBAСRON ORANGE

R2 = 0,9963

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25 30 35

Co, mg dm-3

A

17

Фиг.2. Стандартна графика на багрилота CIBAСRON GELB

R2 = 0,9999

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25 30 35

Co, mg dm-3

A

2. Характеристика на използваните природни материали

2.1. Набъбнал перлит марка Б

фиг.3. снимка на набъбнал перлит

18

Набъбналия перлит е естествено образувана силициева вулканична

скала. Основната му черта, която го отличава от останалите вулканични

скали е това, че когато се нагрее до подходяща температура, той повишава

обема си от 4 до 20 пъти.

Това набъбване се дължи на наличието на свързана вода от 2 до 6% в

структурата на суровия перлит. При бързо нагряване до над 80оС суровата

скала набъбва, тъй като свързаната вода се изпарява и се образуват

частички с много малка маса и множество открити и закрити пори. Точно

тази многопореста природа и голямата специфична повърхност на

набъбналия перлит са причина за отличните му адсорбционни свойства.

Набъбнали перлит е дребнозърнест, силно порьозен, лек, бял топло-

и звукоизолационен материал. Високоефективен, насипен, биологически

устойчив, инертен, практически негорим материал. Диаметъра на

частичките е 0 1,2 mm. [www.keltechenergies.com]

Таблица .3. Химичен състав на перлита

състав, масови % Перлит

Si 33,8

Al 7,2

K 3,5

Na 3,4

Fe 0,6

Ca 0,6

Mg 0,2

примеси 0,2

общо тегло 97,0

свързана вода 3,0

19

Набъбналия перлит намира приложение при пречистването на

отпадъчни води. Може да се използва за премахване на миризми и

дехидратиране на животински отпадъчни води. Намира приложение като

адсорбент в затворени реактори за пречистване на течни токсични

отпадъчни продукти.

Ако се активира със солна и/ или сярна киселина, набъбналия перлит

може да се използва и като пречистващ агент за промишлени води.

Високоефективен дребнозърнест, лек топлоизолационен материал,

който се използва като топлоизолационна посипка в температурен

диапазон до -20000С, влиза и в състава и на сухите мазилки [

http://www.perlite.info].

2.2.Перитов филтър

20

Перфилът притежава филтруваща способност, която се дължи на

голямата обща повърхност на частичките и тяхната форна. Средния

диаметър на една частичка е около 2 mm.

Той е с голяма обща повърхност на частиците. Използва се при

филтриране на растителни масла, лекарствени разтвори, химически

вещества, захарни и плодови разтвори и др. Участва като пълнител и

добавка при производството на линолеум, бои, гумени изделия,

антикорозионни покрития.

3.Провеждане на равновесни изледвания

3.1.Апаратура и начин на работа

Изчисляването на адсорбцията при статични условия е свързано със

снемане на адсорбционни изотерми, описващи зависимостта между

адсорбционния капацитет (qe) и равновесната конценцентрация на

замърсителя в течната фаза (Се) при постоянна температура.

За изчисляване на равновесието на процеса са приготвени разтвори с

определена начална концентрация на багрилото С0, mg dm-3. Обема на

всяка проба е Vпр 50 сm3, към нея се добавя точно определено

предварително претеглено количество сорбент w 0.2g. Пробите се

поставят в подходящи колби с шлифт. Поставят се на клатачна машина до

достигане на равновесие, след което пробите се подлагат на

спектрофотометрично определяне на равновесната концентрация след

предварително филтруване.

Проведени бяха опити с CIBAСRON ORANGE, като бяха направени

разтвори с начални концентрациа 3, 5, 7.5, 10, 15, 30 mg dm-3, към пробите

21

се добави 0.2g адсорбент набъбнал перли марка Б и бяха поставени в

клатачна машина за 24 часа за достигане на равновесие.

След което беше направено изследване на равновесието на същото

багрила със същите начални концентрации, но с адсорбент перлито филтър

с маса 0.2g.

По аналигичен начин бяха направени опити с CIBAСRON GELB с

начална концентрация 3, 5, 6, 10, 12, 15, 30 mg.dm-3и с 0.2 g набубнал

перлит марка Б и 0.2g перлитов филтер.

На база на получените данни се построенни равновесни криви.

Получените данни са представени графично.

3.2 Изчисляване на равновесия на адсорбция

Уравненията, които се използват за описване на адсорбционното

равновесие в течна фаза са предимно едно и двъпараметрични. При

адсорбционно равновесие на отпадъчни води данните за равновесието най-

често се апроксимират с моделите на Лангмюир и Фройндлих. За

построяване на адсорбционните изотерми по тези два метода е необходино

да се знае адсорбционния капацитет на адсорбента (qe). Изчисляването на

qe става по формулата:

[mg g-1], където

Со- начална концентрация на замърсителя при пробата, mg dm-3

Ce- концентрация на замърсителя в течната фаза в усливие на

равновесия, mg dm-3

22

w- масата на адсорбента, g

Vпр- обвма на изследваната проба, dm3

qe – равновесен адсорбционен капацитет, mg g-1

След построяване на адсорбционните изотерми qe= f(Ce) са намерени

коефициентите от уравненията на Лангмюир и Фройндлих.

3.3.1. Модел на Лангмюир

Модела на Лангмюир има следния вид:


КL, аL- константи в изотермата на Лангмюир

Тези коефициети се определят след линеаризиране на уравнението :

За всички изследвани системи беше приложен модела на Лангмюир,

като резултатите са представени на фиг. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11.

3.3.2. Модел на Фройндлих

Модела на Фройндлих се описва със следното уравнение:


23

КF – константа в уравнението на Фройндлих

nF – степенен показател в уравнението на Фройндлих

Стойностите на тези коефициенти се определят след линеаризация

на уравнението на Фройндлих

За всички изследвани системи беше приложен модела на Фройндлих,

като резултати са представени графично на фиг.12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и

19.

3.3.3 Изследвани системи и обсъждане на опитни резултати

Модела на Лангмюир беше приложен за системите:

- CIBACRON ORANGE с набъбнал перлит марка Б и

постигнатия капацитет е qe= 0,25 mg g-1.

Фиг.4. Линеаризиран модел на Лангмюир за системата CIBAСRON ORANGE с набъбнал перлит

марка Б

y = 3,7701x + 8,7425

R2 = 0,8947

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15

Ce

Ce/

qe

24

Фиг. 5. Адсорбционна изотерма на Лангмюир за системата CIBAСRON ORANGE с набъбнал перлит марка Б

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 5 10 15

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1 по модела

експ. точки

- CIBACRON GELB с набъбнал перлит марка Б и постигнатия

капацитет е qe= 0,43 mg g-1.

Фиг.6. Линеаризиран модел на Лангмюир заCIBAСRON GELB с набъбнал перлит марка Б

y = 1,4997x + 15,006

R2 = 0,7069

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ce

Ce/

qe

25

Фиг.7. Адсорбционна изотерма на Лангмюир за CIBAСRON GELB с набъбнал перлит марка Б

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1

по моделаексп. точки

- CIBACRON ORANGE с перлитов филтър и qe= 0,45 mg g-1.

фиг.8. Линеаризиран модел на Лангмюир за системата CIBAСRON ORANGE с перлитов филтър

y = 2,3533x + 3,1498

R2 = 0,9544

05

10152025303540

0 5 10 15

Ce

Ce/

qe

26

Фиг.9. Адсорционна изотерма на Лангмюир за CIBAСRON ORANGE с перлитов филтър

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10 15

Ce, mg dm-3qe

, mg

g-1 по модела


- CIBACRON GELB с перлитов филтър и qe= 0,85 mg g-1.

Фиг. 10. Линеаризиран модел на Лангмюир на CIBAСRON GELB с перлитов филтър

y = 1,1869x + 1,7306

R2 = 0,9337

05

10152025303540

0 5 10 15 20 25 30

Ce

Ce/

qe

Фиг.11. Адсорбционна изотерма на Лангмюир за CIBAСRON GELB с перлитов филтър

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 5 10 15 20 25 30 35

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1 по модела

ескп. точки

27

Модела на Фройндлих беше приложен за системите:

- CIBACRON ORANGE с набъбнал перлит марка Б и

постигнатия капацитет е qe= 0,25 mg g-1.

Фиг. 12. Линеаризиран Фройндлих на CIBAСRON ORANGE с набъбнал перлит марка Б

y = 0,2214x - 0,8953

R2 = 0,3458

-1-0,9

-0,8-0,7

-0,6-0,5-0,4

-0,3-0,2

-0,10

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

log Ce

log

qe

Фиг.13. Адсорбционна изотерма на Фройндлих за CIBAСRON ORANGE с набъбнал перлит марка Б

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 5 10 15

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1

по модела

ескп. точки

- CIBACRON GELB с набъбнал перлит марка Б и постигнатия


28

Фиг.14. Линеаризиран Фройндлих за CIBAСRON GELB с набъбнал перлит марка Б

y = 0,6442x - 1,1172

R2 = 0,8276

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

log Ce

log

qe

Фиг. 15. Адсорбционна изотерма на Фройндлих за системата CIBAСRON GELB с набъбнал перлит марка Б

0

0,05

0,10,15

0,2

0,25

0,3

0,350,4

0,45

0,5

0 5 10 15 20

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1

по моделаексп. точки

- CIBACRON ORANGE с перлитов филтър и постигнатия


29

Фиг.16. Линеаризиран модел на Фройндлих за CIBAСRON ORANGE с перлитов филтър

y = 0,1822x - 0,6112

R2 = 0,5505

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

log Ce

log

qe

Фии.17. Адсорбционна изотерма на Фройндлих на CIBAСRON ORANGE с перлитов филтър

00,050,1

0,150,2

0,250,3

0,350,4

0,450,5

0 5 10 15

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1 по модела


- CIBACRON GELB с перлитов филтър и постигнатия


30

Фиг.18. Линеаризиран Фройндлих на CIBAСRON GELB с перлитов филтър

y = 0,133x - 0,2505

R2 = 0,6697-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

-0,5 0 0,5 1 1,5

log Ce

log

qe

Фиг.19. Адсорбционна изотерма на Фройндлих на CIBAСRON GELB с перлитов филтър

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35

Ce, mg dm-3

qe, m

g g-

1

по модела


Постигнатите равновесни капацитети за изследваните системи са за

CIBACRON GELB с перлитов филтър qe= 0,85 mg g-1, който е по-голям

от този на CIBACRON ORANGE с перлитов филтър qe= 0,45 mg g-1. При

системата CIBACRON GELB с набъбнал перлит марка Б qe= 0,42 mg g-1,

който е по-висок от този на CIBACRON ORANGE с набъбнал перлит

марка Б и qe= 0,25 mg g-1.

4. Провеждане на кинетични изледвания

31

4.1. Използвана апаратура

Кинетикика на адсорбция се провежда в статични условия, в реактор

с разбъркване.

Съдът за разбъркване е с обем 2 dm3 и вътрешен диаметър d 0.13 m.

Обема на течността, с която съда се запълва е 1.7 dm3. Реактора е снабден с

баркалка, която която се зажърта от електромотор Heidolph RZR 2100. в

реактора се поставя пръстен със захванати неподвижно 8 прегради.

Преградите предотвратяват изнасяне на течност и главно да не допуска

образуване на застойни зони в съда.

4.2. Начин на работа

Проведени са кинетични експерименти с багрилата CIBAСRON

GELB и CIBAСRON ORANGE и адсорбенти набъбнал перлит и перлитов

филтър. Преди започване на експеримента се подготвя разтвор с

определена начална концентрация на замърсителя в разтвора, която се

измерва на SPECOL 11 при определена дължина на вълната max 490 nm за

CIBAСRON GELB и max 420 nm за CIBAСRON GELB.

Изследвано е влиянието на началната концентрация на замърсителя

в разтвора, масата на адсорбента върху скоростта на адсорбцията и

промяната на оборотите на разбъркване (n). В началния момент се добавя

определено количество адсорбент и по време на адсорбционния процес се

взимат малки проби и се анализират за изследваното багрило

Желаните обороти на буркачката са настроени предварително.

Експериментът е проведен при 200 rpm, Т 28±2oC и при рН 6 ±0,5.

Стойностите се всемат от рН-метър TUCASSEL LPH 460T Преди

пускането на бъркачката, се поставя предварително притегленото, на

аналитична везна, количество адсорбент.

32

След пускане на бъркачката се взвмат проби със спринцовка, през

определен интервал от време: 1, 3, 5, 8, 10, 15, 20 , 30 , 40 min от

започването на експеримента.

Взетите по този начин проби, се подлагат на филтруване и след

това на спектрофотометрично определяне на SPEKOL 11 при определената

вече max 490 nm и max 420 nm.

С помощта на стандартната графика (фиг. 1 и 2 ) се определят

крайните концентрации Ct за всяка проба.

С данните от проведените експерименти построяваме кинетични

криви.

4.2.1.Опити проведени с CIBAСRON ORANGE

С начална концентрация С0 5 mg dm-3, скорост на разбъркване n

200 rpm и маса на адсорбента w 1 g набъбнал перли марка Б.

Втората серия експерименти е при начална концентрация

C0 5 mg dm-3, скорост на разбъркване n 200 rpm и маса на адсорбента w

3 g прлитов филтър.

И накрая имаме проверка на влиянието на оборотите с C 0 5 mg dm-3,

скорост на разбъркване n 400 rpm и маса на адсорбента w 3 g с

набъбнал перлит марка Б.

4.2.2. Опити проведени с CIBAСRON GELB P-6GS CR

Експеримента беше направен по аналогичен начин на предния със

същите адсорбенти набъбнал перлит марка Б и пелито филтер с маса 1 и

3g. Началната концентрация отново беше 5 mg dm-3 и беше направена

проверка на влиянието на оборотите при същите условия.

33

4.3. Кинетични криви и обсъждане на опитни резултати

4.3.1. Изследвания с адсорбентта набъбнал перлит марка Б

Фиг. 20.Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE 5 mg dm-3, n 200 rpm

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 5 10 15 20 25 30 35t , min

Ct/C

o

1 g набъбнал перлит марка Б


На фиг.20. е показана сравнителна кинетика на CIBACRON

ORANGE с концентрация 5mg dm-3, при n 200 rpm и сорбент нанъбнал

пелит марка Б (1g и 3g). Вижда се, че с повишаване на количеството

сорбент в разтвора извличането на багрилото е в по-голяма степен, като

този ефект се постига в рамките на първите 10 минути.

34

фиг. 21.Срав нителна кинетика на CIBAСRON GELB 5 mg dm-3, n 200 rpm

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 5 10 15 20 25 30 35

t, min

Ct/C

o 1 g набъбнал перлит марка Б


Опита е повторен с CIBACRON GELB при аналогични условия.

Извличането се осъществява отново в първите 10 минути и с увеличаване

на количеството на сорбента набъбнал перли марка Б извличането е в по-

голяма степен.

Фиг.22.Сравнителна кинетика с набъбнал перлит марка Б (1, g)

0,88

0,9

0,92

0,94

0,96

0,98

1

0 5 10 15 20 25 30 35 t, min

Ct/C

o CIBACRON ORANGE 5 mg dm-3

CIBACRON GELB 5 mg dm-3

При сравнение на двете багрила с еднакво количество сорбент , при

еднакви канцентрации се забелязва по-голям ефект на пречистване за

CIBACRON GELB в сравнение с CIBACRON ORАNGE.

35

Фиг. 23. Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE и CIBAСRON GELB с 3,g набъбнал перлит марка Б

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 5 10 15 20 25 30 35

t, min

Ct/

Co CIBACRON ORANGE 5 mg dm-3

CIBACRON GELB 5 mg dm-3

При сравнение на двете багрила с еднакви концентрации, но с

увеличаване на сорбента набъбнал перлит марка Б (3g) CIBACRON GELB

се извлича в малко по-висока степен от CIBACRON ORANGE, както се

вижда на фиг.23.

Проведени бяха и опити с промяна на оборотите на разбъркване, за

двете багрил при следните усливия: начална концентрация на багрилото 5

mg dm-3 и маса на сорбента 3g набъбнал перлит марка Б. Оборотите баха

променени от 200 400 rpm. Резултатите са преставени на фиг.24 и

фиг.25.

Фиг.24. Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE 5 mg dm-3 при различни обороти с 3, g набъбнал перлит марка Б

0,60,650,7

0,750,8

0,850,9

0,951

0 5 10 15 20 25 30 35t, min

Ct/C

o

n 200 rpm

n 400 rpm

От фиг.24 се вижда, че с повиваване на оборотите т.е. 400 rpm се повишава и

ефекта на извличане на багрилото CIBACRON ORANGE.

36

фиг. 25, Сравнителна кинетика на CIBAСRON GELB 5 mg dm-3 при различни обороти с 3, g набъбнал перлит марка Б

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 5 10 15 20 25 30 35t, min

Ct/C

o n 200 rpm

n 400 rpn

При същата промяна на оборотите 200:400 бяха проведени

изследвания на CIBACRON GELB при същите условия и от фиг.25. можем

да заклучим, че отново с повишаване на оборотите на разбъркване се

повишава и ефекта на пречистване, но тък ефекта е много по добре

изразен.

Фиг.26. Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE и CIBAСRON GELB с набъбнал перлит марка Б при n 400 rpm

0,60,650,7

0,750,8

0,850,9

0,951

0 5 10 15 20 25 30 35

t, min

Ct/C

o CIBACRON ORANGE 5,mg dm-3 с 1 g н.п.Б

CIBACRON GELB 5, mg dm-3 с 1 g н.п.Б

На фиг.26 е показана сравнителна кинетика на CIBACRON ORАNGE

и CIBACRON GELB с еднакво количество сорбент 1g набъбнал перлит

марка Б, при еднаква канцентрация 5mg dm-3 и отново CIBACRON GELB

се извлича в малко по-висока степен от CIBACRON ORАNGE.

37

4.3.2. Изследване с адсорбентта перлитов филтър

Фиг. 27 Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE 5 mg dm-3, n 200 rpm

0,60,650,7

0,750,8

0,850,9

0,951

0 5 10 15 20 25 30 35t, min

Ct/C

o

1, g перлитов филтър


На фиг.27. е показана сравнителна кинетика на CIBACRON

ORANGE с начална концентрация 5mg dm-3, при n 200 rpm и сорбент

перлитов филтър (1g и 3g). Вижда се, че с повишаване на количеството

сорбент в разтвора извличането на багрилото е в по-голяма степен, като

този ефект се постига още в рамките на първите 5 минути.

Фиг.28. Сравнителна кинетика на CIBAСRON GELB 5 mg dm-3, n 200 rpm

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35

t, min

Ct/C

o



Опита е повторен с CIBACRON GELB при аналогични условия.

Извличането се осъществява отново в първите 510 минути и с

38

увеличаване на количеството на сорбента перлитов филтър степента на

извличането е по-голяма.

Фиг.29. Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE и CIBAСRON GELB с перлитов филтър 1 g

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35

t, min

Ct/C

o C.O. 5 mg dm-3, n 200 rpm

C.G. 5 mg dm-3, n 200 rpm

При сравнение на двете багрила с еднакво количество сорбент , при

еднакви канцентрации се забелязва по-голям ефект на пречистване за

CIBACRON GELB в сравнение с CIBACRON ORАNGE.

Фиг.30. Сравнителна кинетика на CIBAСRON ORANGE и CIBAСRON GELB с 3 g, перлитов филтър

0,60,650,7

0,750,8

0,850,9

0,951

0 5 10 15 20 25 30 35

t, min

Ct/C

o

C.O. 5 mg dm-3, n 200 rpm

C.G. 5 mg dm-3, n 200 rpm

При сравнение на двете багрила с еднакви концентрации, но с

увеличаване на сорбента перлитов филтър (3g) не се забелязва съществена

разлика, но превес взима отново CIBACRON GELB.

39

4.4. Изчисляване на ефекта на извличане

Ефекта на извличане на замърсителя от водни разтвори се изчислява

по следната формула:

В изседваната система CIBACRON ORАNGE с концентрация 5 mg

dm-3, сорбент набъбнал перлит марка Б (3g )и 200 rpm оборота на

разбъркване ефекта на извличане е ~ 18 %.

А в системата CIBACRON GELB с концентрация 5 mg dm-3, сорбент

набъбнал перлит марка Б (3g ) и 200 rpm оборота на разбъркване ефекта на

извличане е ~ 20 %.

Ефекта на извличане в система CIBACRON ORАNGE с

концентрация 5 mg dm-3, сорбент перлитов филтър (3g ) и 200 rpm оборота

на разбъркване е ~ 28 %.

И ефекта на извличане при CIBACRON ORАNGE с концентрация 5

mg dm-3, сорбент перлитов филтър (3g ) и 200 rpm оборота на разбъркване

е ~ 30 %.

Резултатите са представени графично на фиг.31

40

0

5

10

15

20

25

30

Е%

1 2 3 4

Набъбнал перлит марка Б Перлитов филтър

фиг.31. Сравняване на ефекта на извличане на CIBACRON ORANGE и CIBACRON GELB с набъбнал перлит марка Б и перлитов филтър

41

ИЗВОДИ

1. Беше проведена литературна справка по проблема с

пречистването на отпадъчни води от азо багрила. Забелязва се, че в

световната литература този проблем е широко дискутиран. Интересът към

природните и отпадъчни материали като сорбенти все повече се разглежда,

тъй като това са евтити и лесно достъпни материали.

2. Проведени бяха равновесни изследвания на двете багрила

CIBACRON ORANGE и CIBACRON GELB със сорбентите набъбнал

перлит марка Б и перлитов филтър. Постигнатите равновесни капацитети

за изследваните системи са за CIBACRON GELB с перлитов филтър qe=

0,85 mg g-1, който е по-голям от този на CIBACRON ORANGE с перлитов

филтър qe= 0,45 mg g-1. При системата CIBACRON GELB с набъбнал

перлит марка Б qe= 0,42 mg g-1, който е по-висок от този на CIBACRON

ORANGE с набъбнал перлит марка Б и qe= 0,25 mg g-1.

От получените капацитети можем да направим извода, че перлитовия

филтър се проявява като по-добър сорбент и за двете багрила CIBACRON

ORANGE и CIBACRON GELB,сравнение на другия изследван сорбент

набъбнал перлит маркаБ.

За всички изследвани системи са приложени моделите на Лангмюир

и Фройндлих. Според коефициента на регресионен анализ R2 = 0,9544 се

доказва че модела на Лангмюир се прилага по-добре за изследваните

системи.

3. Проведени са кинетични изследвания на CIBACRON ORANGE

и CIBACRON GELB със сорбентите набъбнал перлит марка Б и перлитов

филтър, като са променяни параметрите на системата: количеството и вида

на сорбента и оборотите на разбъркване.

42

С повишаване на количеството сорбент се повишава ефекта на

извличане и на двете багрила, като се забелязва превес на CIBACRON

GELB с адсорбент перлитов филтър.

Доказано е влиянието на оборотите на разбъркване за извличането на

багрилата CIBACRON ORANGE и CIBACRON GELB с набъбнал перлит

марка Б, като отново в повисока степен се извлича CIBACRON GELB от

CIBACRON ORANGE.

4. Разглеждаики двата сорбентта набъбнал перлит и перлитов

филтър относно извличането на CIBACRON ORANGE и CIBACRON

GELB от модални водни разтвори, можем да направим извод, че

CIBACRON GELB се извлича в поголяма степен с използването на

сорбентта перлитов филтър в сравнение с останалите изследвани системи.

43

Documents

РЕФЕРАТ