WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Напряженность МП, Н,кА/м

Методы исследования

ИХВА

ПСМ

СФ

0.00 1*

2*

3*

0,233

0,239

0,215

0,231

0,263

0,233

0,21

0,24

0,23

0.50 1*

2*

3*

0,285

0,308

0,292

0,317

0,362

0,309

0,26

0,27

0,26

2.0 1*

2*

3*

0,524

0,608

0,534

0,514

0,583

0,529

0,60

0,61

0,60

4.0 1*

2*

3*

0,303

0,360

0,313

0,495

0,518

0,452

0,46

0,48

0,46

Лучшие данные получены при потенциале выделения Е=0,32 В. Измерения, полученные тремя независимыми методами (ИХВА, ПСК, СФ), совпали с точностью 8…10%, что указывает на правильность полученных данных.

Глава 4. Физико-химические исследования

4.1. Изменение рН растворов в процессе извлечения ИТМ ряской

Какая доля ионов данного металла окажется в свободном виде, а какая связанной с органическими молекулами, зависит от нуклеофильности лиганда, рН среды и химических свойств элемента. Стабильность комплексов металлов уменьшается в случае отклонения рН среды от нейтральной реакции: при низких рН в силу конкуренции протона с ионом металла за центры связывания в молекулах, а при высоких - по причине конкуренции гидроксильной группы с лигандом.

Рис.11. ПСК, полученные при выделении меди на стеклографитовом электроде из вытяжки ряски при – Екп,= 0,32 В и ПМП напряженностью Н, кА/м: 1-0.0; 2-0.5; 3-2.0; 4-4.0

Рис.12. ИХВА J-E кривые, полученные в растворах вытяжки меди из ряски (при условиях рис.11)

Поэтому изучение биологических эффектов действия ионов металлов на растения требует поддержания строго идентичной во всех вариантах опыта рН среды. Резкое понижение или повышение pH среды может привести к губительным последствиям для водной флоры. Для определения изменения pH среды в процессе извлечения ИТМ из сульфатных растворов их солей контролировали pH раствора во времени.

Полученные данные для растворов МеSO4 концентрации 1 и 5 мг/л (Ме: Cu, Zn, Cd) представлены в табл. 6 и на рис. 13. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что для растворов, содержащих медь, имеется тенденция к повышению pH среды. Для растворов, содержащих цинк и кадмий, в течение месяца наблюдается лишь незначительное изменение pH, что свидетельствует о неизменности физико-химических свойств растворов. Снижение концентрации ионов водорода при извлечении меди ряской свидетельствует о сорбции катионов меди и водорода растением и их участии в биоэлектрохимических процессах в клетке.

Таблица 6

Изменение pH растворов МеSO4 во времени при извлечении ИТМ ряской

t, ч

Cu

Zn

Cd

5 мг/л

1 мг/л

5 мг/л

1 мг/л

5 мг/л

1 мг/л

0

5,55

5,30

5,45

5,90

5,60

5,70

1

5,80

5,80

5,85

6,00

5,80

5,75

24

6,00

6,00

6,00

5,90

6,00

5,95

144

6,10

5,90

6,00

5,90

5,90

5,80

288

6,10

5,85

5,90

5,85

5,80

5,85

432

6,25

5,90

5,85

5,80

5,85

5,80

576

6,30

6,30

5,80

5,90

5,80

5,80

720

6,70

6,50

5,80

5,90

5,80

5,80

а б

Рис.13. Изменение pH сульфатных растворов меди (1), цинка (2),

кадмия (3) в процессе извлечения ИТМ ряской; Снач,мг/л :а - 5, б – 1

4.2. Микроструктурный анализ

Микроструктурный анализ листецов ряски, в процессе электрохимического извлечения металлов проводили с помощью микроскопа Biolar и цифрового фотоаппарата. Листецы предварительно окрашивали сафранином, который легко проникает в мертвые ткани и клетки растения. По окрашенной площади судили о процессах цитоплазмолиза или некроза растений (рис. 14). С увеличением длительности эксперимента, в растворе СdSO4 100 мг/л без воздействий ПМП (рис. 14, а) наблюдалось постепенное увеличение площади окра­шенных сафранином листецов.

а)

б)

Рис. 14. Микроструктурные исследования листецов ряски после нахождения ее в растворе СdSO4 100 мг/л; а - без воздействий; б - при воздействии постоянного перпендикулярного магнитного поля напряженностью 4кА/м(50э): x300

На 12-й день в эталоне окрашенных оказались до ~ 60% клеток от всей площади листеца. Наибольшее изменение структуры ряски наблюдается в первые 1-5 часов. 90% окрашенных клеток листецов наблюдалось на 24-е сутки. При изучении влияния постоянного перпендикулярного МП напря-женностью 4 кА/м оказалось, что площадь окрашенных сафранином листецов увеличивается значительно раньше (рис. 14,б), что подтверждает воздействие ПерПМП на увеличение скорости извлечения ИТМ растением.

Глава 5. Оценка экономической эффективности биоэлектро-химической сорбции тяжелых металлов методом фиторемедиации

Технологический процесс извлечения ИТМ биоэлектрохимическим способом с помощью ВВР прост и включает следующие стадии: 1- взвешивание и высадка растений в пруд-отстойник; 2 –магнитная обработка; 3 - контроль качества воды; 4 – визуальный контроль состояния растений; 5 – извлечение растений; 6– утилизация отработанных биосорбентов.

Так как в фитомассе растений нет избыточного накопления опасных количеств вредных веществ, она после сбора может быть использована для изготовления бумаги и биоудобрений, переработки на газ и жидкое топливо.

Рассчитана экономическая эффективность при замене аэротенка трехкоридорного, используемого для биологической очистки сточных вод, на аэротенк с высаженными водными растениями – ряской (метод фиторемедиации). Так как ряска эффективно очищает сточные воды от различных загрязнений при температуре воды 14С и выше, то замену процесса очистки сточных вод с помощью аэрируемого пруда-отстойника можно производить в период с мая по октябрь (6 месяцев). Ряска районирована в Саратовской области, и стоимостные затраты на ее приобретение не учитывались. Предполагаемые основные затратные статьи на проведение процесса очистки СВ с использованием аэротенка (он же пруд-отстойник) представлены в табл.7.

Таблица 7

Затраты на проведение очистки СВ с использованием аэротенка
трехкоридорного (числитель) и методом фиторемедиации (знаменатель)

Статьи расходов

Стоимость единицы, руб.

Всего,

руб./год

1

Сооружение аэротенка

2002020,4/

2002020,4

2002020,4/

2002020,4

2

Электроэнергия

59400,0 (в месяц)/

59400,0 (в месяц)

712800,0/

356400,0

3

Нагнетатель для подвода воздуха, обогащенного кислородом

6931,2/

6931,2

6931,2/

6931,2

4

Лаборатория анализа состояния микроорганизмов

24000,0(в месяц)/

--

288000,0/

--

5

Лаборатория анализа воды

18000,0(в месяц)/

18000,0(в месяц

216000,0/

108000,0

6

Итого

3225751,6/

2473351,6

Ежегодная экономическая выгода использования предлагаемого метода составит 752400 руб. При этом фактическая производительность очистных сооружений практически не изменится, а уровень очистки стоков значительно улучшится.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что растения, благодаря диффузионно-электрохимическому механизму проницаемости клеточных мембран, могут быть использованы для извлечения из сточных и промывных вод ионов тяжелых металлов. Растительная клетка при этом рассматривается как биоэлектрохимический нанореактор, аккумулирующий и утилизирующий ИТМ.

2. Комплексное применение различных взаимодополняющих методов (инверсионная хроновольтамперометрия, потенциостатический, оптическая микроскопия, фотоколометрия) позволило провести системные исследования по выбору условий электрохимического удаления ИТМ.

3. Показано, что эффективность и скорость удаления металлов зависят от природы катиона, концентрации электролита, природы биоэлектрохимического сорбента (растения). Наиболее эффективное извлечение ИТМ достигается в первые часы (1 – 5 ч) пребывания растений в растворах. Скорость диффузионно-электрохимического накопления ИТМ растет в ряду ионов: Сd2+ > Cu2+ > Zn2+ и определяется природой фиторемедианта: ряска > лимнофила > криптокарина.

4. Впервые установлено, что по истечении определенного времени биоэлектрохимического процесса растения-сорбенты начинают активно освобождаться от избыточной концентрации ИТМ в объеме фитомассы и сбрасывать токсичные дозы металлов обратно в раствор.

5. Теоретически обосновано и практически доказано, что растительная клетка в процессе извлечения ИТМ проявляет свойства биоэлектрохимического мембранного сенсора, распознающего металлы по принципу «свой-чужой». Так, например, в промывных водах, в отличие от ксенобиотика кадмия, медь, участвующая в биоэлектрохимических процессах клетки, не отторгается растением даже в процессах цитоплазмолиза и некроза.

6. Впервые установлено, что на процессы биоэлектрохимической сорбции ИТМ оказывают воздействие сила и направление постоянного магнитного поля (ПМП). ПМП действует как стимулирующий фактор. Лучшие количественные и качественные характеристики электросорбции получены при наложении поля напряженностью 2 кА/м. Установлено, что при действии ПарПМП с более высокими скоростями извлекается кадмий, при действии ПерПМП – медь.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»