Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах
Методами атомно-абсорбционного и рентгенофлуоресцентного анализа, ИК спектроскопии изучено изменение содержания токсических тяжелых металлов в природной коллоидной системе илового осадка бытовых сточных вод под действием химического и биологического факторов. В зависимости от природы и концентрации...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84309 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах / К.В. Калиниченко, Г.Н. Никовская, З.Р. Ульберг // Доп. НАН України. — 2012. — № 7. — С. 128-131. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859675557614059520 |
|---|---|
| author | Калиниченко, К.В. Никовская, Г.Н. Ульберг, З.Р. |
| author_facet | Калиниченко, К.В. Никовская, Г.Н. Ульберг, З.Р. |
| citation_txt | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах / К.В. Калиниченко, Г.Н. Никовская, З.Р. Ульберг // Доп. НАН України. — 2012. — № 7. — С. 128-131. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Методами атомно-абсорбционного и рентгенофлуоресцентного анализа, ИК спектроскопии изучено изменение содержания токсических тяжелых металлов в природной
коллоидной системе илового осадка бытовых сточных вод под действием химического и биологического факторов. В зависимости от природы и концентрации металлов
в сточных водах их адсорбция иловыми коллоидами (до 8500 мкг/г) уменьшается в последовательности: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. Степень их десорбции в ацидогенных условиях может достигать 80% и соответствует ряду: Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr.
Методами атомно-абсорбцiйного i рентгенофлуоресцентного аналiзу, IЧ спектроскопiї
дослiджено змiни вмiсту токсичних важких металiв у природнiй колоїднiй системi мулового осаду побутових стiчних вод пiд дiєю хiмiчного та бiологiчного факторiв. Залежно
вiд природи та концентрацiї металiв у стiчних водах їх адсорбцiя муловими колоїдами
(до 8500 мкг/г) зменшується у послiдовностi: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. Ступiнь їх десорбцiї в ацидогенних умовах може досягати 80% i вiдповiдає ряду: Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr.
Changes in the content of toxic heavy metals in a natural colloidal system of sludge waste water
sediment under the influence of chemical and biological factors are studied by the methods of atomicabsorption and X-ray fluorescence analyses and IR spectroscopy. Depending on the nature and
the metals concentration in waste waters, their adsorption by sludge colloids (up to 8500 mkg/g)
responses to the succession: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. The degree of heavy
metals desorption under acidogeneous conditions can reach 80% and follows the order: Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:57:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 628.36:544.723.3:546.4
© 2012
К.В. Калиниченко, Г.Н. Никовская, З. Р. Ульберг
Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных
системах
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины А. В. Мамченко)
Методами атомно-абсорбционного и рентгенофлуоресцентного анализа, ИК спектро-
скопии изучено изменение содержания токсических тяжелых металлов в природной
коллоидной системе илового осадка бытовых сточных вод под действием химическо-
го и биологического факторов. В зависимости от природы и концентрации металлов
в сточных водах их адсорбция иловыми коллоидами (до 8500 мкг/г) уменьшается в по-
следовательности: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. Степень их десорбции
в ацидогенных условиях может достигать 80% и соответствует ряду: Zn > Mn >
> Cu > Ni > Co > Pb > Cr.
Одной из актуальных эколого-химических проблем современности является утилизация
миллионов тонн загрязненных тяжелыми металлами (ТМ) иловых отходов, образующихся
в результате повсеместно распространенной биохимической очистки муниципальных сточ-
ных вод и занимающих обширные пригородные территории [1, 2]. Они представляют со-
бой гетеродисперсную стабилизированную биогенными высокомолекулярными соединения-
ми высококонцентрированную коллоидную систему биозоля, основные ее компоненты —
биологические клетки, их метаболиты, продукты трансформации органических и минераль-
ных загрязнений. После эвакуации на иловые поля под воздействием природных факторов
этот биозоль превращается в гелеподобный осадок (ксерогель). Благодаря наличию мик-
ро- и макроэлементов, полезных микроорганизмов и органического вещества, наиболее ра-
циональным подходом к утилизации иловых осадков является их использование в качестве
сельскохозяйственного удобрения после частичного удаления токсичных ТМ [3, 4].
Тяжелые металлы могут находиться в природных объектах (почве, водной взвеси, са-
пропелях, иловых отложениях и т. д.) в биодоступной форме (подвижной, легко экстраги-
руемой, способной аккумулироваться почвенной и водной биотой) и консервативной (хи-
мически связанной с органическим веществом, способной высвобождаться лишь при его
разрушении) [5, 6]. Соотношение этих форм, очевидно, имеет важное значение для оцен-
ки поведения ТМ в водных и почвенных экосистемах, а также удобрительной ценности
иловых осадков.
В настоящем сообщении приведена характеристика пула токсичных ТМ иловых осадков,
образующихся в результате биохимической очистки муниципальных сточных вод, в том
числе их биодоступности и прочности удерживания в твердой фазе.
В данном исследовании в качестве тест-объектов служили: сточная вода, поступаю-
щая на биохимическую очистку, а также две природные иловые коллоидные системы —
золь с концентрацией твердой фазы 2,5% (агрегативно устойчивая суспензия биологических
клеток); коагуляционный гелеподобный осадок, влажность которого 40% (измельченный до
частиц диаметром <0,5 мм). Были определены: общее содержание ТМ в иловых системах
128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №7
и концентрация биодоступных, подвижных их форм, после десорбции в дистиллирован-
ной воде, в кислой среде (титрованием 0,1 н. раствором HCl до pH 2,5–3,0), под действием
иловых микроорганизмов, активизированных добавлением питательного субстрата — глю-
козы [7]. Десорбцию ТМ проводили при соотношении Т : Ж = 1 : 10 и перемешивании
(228 об/мин) в течение 1 ч. Валовое содержание металлов в твердой фазе тест-объекта
анализировали после прокаливания, растворения в смеси концентрированных кислот и по-
следующего необходимого разведения. Концентрацию десорбированного металла анализи-
ровали в супернатанте атомно-абсорбционным и рентгенофлуоресцентным методами после
отделения твердой фазы путем центрифугирования. Десорбцию металлов из илового геля
определяли после набухания, контролируемого, согласно методике, описанной в [8]. Изме-
нения, происходящие в иловых системах после десорбции ТМ, изучали методом ИК спе-
ктроскопии образцов, запрессованных в таблетки с KBr, с использованием корреляционных
таблиц [9, 10].
Проведенные нами исследования показали (табл. 1), что сорбция и накопление металлов
иловыми коллоидами — процесс избирательный, эффективность аккумуляции металлов,
аналогичная для золей и гелеообразных осадков, соответствует следующему ряду:
Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co.
В зависимости от содержания в очищаемой сточной воде и природы металлов величины их
концентраций в иловых осадках могут отличаться на два порядка.
Сопоставлена эффективность десорбции ТМ в твердых фазах биозоля и гелеподобного
осадка (рис. 1). Представленные на гистограмме данные показывают, что все ТМ доста-
точно прочно удерживаются в твердой фазе тест-объектов в дистилированной воде (обра-
зец 1 ), однако в значительной степени десорбируются после инкубации в слабокислой среде
(образец 2 ) и под действием микроорганизмов (образец 3 ). В этом случае происходит сни-
жение pH от нейтрального до 2,5–3,0 (образец 2 ) и до 3,5–4,0 (образец 3 ). Эффективность
десорбции тяжелых металлов в иловых системах уменьшается в такой последовательности:
Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr. В системе биозоля степень десорбции ТМ существен-
но превышает таковую гелеподобного осадка, достигая, в частности, по Zn 80% против 60%
в последнем случае. Однако после набухания гелеподобного осадка в течение 3 сут в дис-
тиллированной воде (коэффициент набухания 2,5 г/г) степень десорбции из него тяжелых
металлов становится аналогичной биозолю, что обусловлено ослаблением коагуляционных
контактов.
Сравнение ИК-спектров исходного гелеобразного осадка (рис. 2, спектр 1 ) и после его
инкубации в слабокислой среде (см. спектр 2 ), а также с метаболизирующими микроорга-
низмами (см. спектр 3 ) выявило их сходство, а именно: преобладание двух компонент, хара-
ктеризующих валентные колебания O−H-групп (широкая расплывчатая полоса в диапазоне
Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в бытовой сточной воде, твердой фазе золя и гелеобразного
илового осадка
Тест-объект, мкг · г−1
Концентрация металла
Mn Cr Cu Co Ni Zn Pb Fe
Сточная вода∗ 10,0 0,03 0,12 0,1 0,2 0,6 0,02 11,0
Золь 610,0 718,0 620,0 46,0 110,0 718,0 71,0 8478,2
Гелеобразный иловый осадок 539,4 705,0 561,0 45,4 102,3 705,0 70,4 7715,2
∗Содержание тяжелых металлов, мкг · мл−1.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №7 129
Рис. 1. Эффективность десорбции тяжелых металлов Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Zn, Pb в системе биозоля (а)
и гелеподобного осадка (б ) при инкубации в течение суток: 1 — элюент — дистиллированная вода (pH 6,0–
6,6); 2 — раствор HCl (pH 2,5–3,0); 3 — раствор с глюкозой (pH 3,5–4,0)
Рис. 2. ИК-спектры гелеподобного осадка: 1 — исходного; 2 — то же после инкубации в слабокислой среде;
3 — то же в условиях инициации биологической активности
частот от 3400 до 3300 см−1) и C−O-групп с полярной связью (интенсивная полоса от 1200
до 1000 см−1). В исходном образце в области частот <1000 см−1 присутствуют пики, соот-
ветствующие валентным колебаниям металл — лиганд, которые не наблюдаются в спект-
рах 2 и 3, что можно объяснить разрушением поверхностных комплексов после экспозиции
в ацидогенной среде. К тому же спектры 2 и 3 в этих условиях в области 1700–1000 см−1
содержат более интенсивные полосы поглощения по сравнению с исходным объектом, что
указывает на увеличение числа следующих активных групп: C−H-групп (3000–2850 см−1),
C=C-групп (1680–1640 см−1) и NH-групп (1600–1500 см−1); в спектре 3 появляется допол-
нительный максимум в точке υ = 1728 см−1, соответствующий колебаниям C=O-групп.
Представленные результаты ИК спектроскопии образцов гелеподобного осадка указывают
на протекание процесса десорбции тяжелых металлов в слабокислой среде, которая может
обеспечиваться в результате воздействия химического или биологического факторов.
Таким образом, проведенные исследования показали, что осадок смешанного стабили-
зированного ила содержит значительное количество тяжелых металлов в подвижной/био-
доступной форме, что может вызвать их накопление в водной и почвенной биоте при за-
хоронении иловых осадков в окружающей среде. В то же время возможность частичной
130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №7
десорбции тяжелых металлов из иловых осадков указывает на перспективное направление
их кондиционирования.
1. Wang K.L., Shammas N. K. Biosolids engineering and management // Handb. Environ. Eng. – 2008. –
7. – 800 p.
2. Brisolara K.F., Yinan Q. Biosolids and sludge management // Water Environ. Res. – 2011. – 83, No 1. –
P. 1351–1375.
3. Евилевич А. З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. – Ленинград: Стройиздат. Ленингр.
отд-ние, 1988. – 248 с.
4. Robert H., Forbes J. The changing landscape of biosolids management in Florida: the 21st century’s first
decade & predictions for the next one // Florida Water Resour. J. – 2011. – No 6. – P. 54–60.
5. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения // Почвове-
дение. – 2002. – № 6. – С. 682–692.
6. Tessier A., Cambell P.G. C., Bisson M. Sequence extraction procedure for the speciation of particulate
trace metals // Anal. Chem. – 1979. – No 51. – P. 844–851.
7. Никовская Г.Н., Ульберг З.Р., Коваль Л.А. Коллоидно-химические процессы в биотехнологии извле-
чения тяжелых металлов из почвы // Коллоид. журн. – 2001. – 63, № 6. – С. 820–824.
8. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. – Ленинград: Химия, 1984. – 352 с.
9. Казицина Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и масс-спектрометрии в органической хи-
мии. – Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1979. – 240 с.
10. Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. – Москва:
Мир, 1991. – 536 с.
Поступило в редакцию 11.01.2012Институт биоколлоидной химии
им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, Киев
К.В. Калiнiченко, Г. М. Нiковська, З. Р. Ульберг
Стан важких металiв у мулових колоїдних системах
Методами атомно-абсорбцiйного i рентгенофлуоресцентного аналiзу, IЧ спектроскопiї
дослiджено змiни вмiсту токсичних важких металiв у природнiй колоїднiй системi му-
лового осаду побутових стiчних вод пiд дiєю хiмiчного та бiологiчного факторiв. Залежно
вiд природи та концентрацiї металiв у стiчних водах їх адсорбцiя муловими колоїдами
(до 8500 мкг/г) зменшується у послiдовностi: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb >
> Co. Ступiнь їх десорбцiї в ацидогенних умовах може досягати 80% i вiдповiдає ряду:
Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr.
K.V. Kalinichenko, G.N. Nicovskaya, Z.R. Ulberg
Heavy metals state in sludge colloid systems
Changes in the content of toxic heavy metals in a natural colloidal system of sludge waste water
sediment under the influence of chemical and biological factors are studied by the methods of atomic-
absorption and X-ray fluorescence analyses and IR spectroscopy. Depending on the nature and
the metals concentration in waste waters, their adsorption by sludge colloids (up to 8500 mkg/g)
responses to the succession: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. The degree of heavy
metals desorption under acidogeneous conditions can reach 80% and follows the order: Zn > Mn >
> Cu > Ni > Co > Pb > Cr.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №7 131
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84309 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:57:01Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Калиниченко, К.В. Никовская, Г.Н. Ульберг, З.Р. 2015-07-06T09:04:03Z 2015-07-06T09:04:03Z 2012 Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах / К.В. Калиниченко, Г.Н. Никовская, З.Р. Ульберг // Доп. НАН України. — 2012. — № 7. — С. 128-131. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84309 628.36:544.723.3:546.4 Методами атомно-абсорбционного и рентгенофлуоресцентного анализа, ИК спектроскопии изучено изменение содержания токсических тяжелых металлов в природной коллоидной системе илового осадка бытовых сточных вод под действием химического и биологического факторов. В зависимости от природы и концентрации металлов в сточных водах их адсорбция иловыми коллоидами (до 8500 мкг/г) уменьшается в последовательности: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. Степень их десорбции в ацидогенных условиях может достигать 80% и соответствует ряду: Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr. Методами атомно-абсорбцiйного i рентгенофлуоресцентного аналiзу, IЧ спектроскопiї дослiджено змiни вмiсту токсичних важких металiв у природнiй колоїднiй системi мулового осаду побутових стiчних вод пiд дiєю хiмiчного та бiологiчного факторiв. Залежно вiд природи та концентрацiї металiв у стiчних водах їх адсорбцiя муловими колоїдами (до 8500 мкг/г) зменшується у послiдовностi: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. Ступiнь їх десорбцiї в ацидогенних умовах може досягати 80% i вiдповiдає ряду: Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr. Changes in the content of toxic heavy metals in a natural colloidal system of sludge waste water sediment under the influence of chemical and biological factors are studied by the methods of atomicabsorption and X-ray fluorescence analyses and IR spectroscopy. Depending on the nature and the metals concentration in waste waters, their adsorption by sludge colloids (up to 8500 mkg/g) responses to the succession: Fe > Zn > Cr > Cu > Mn > Ni > Pb > Co. The degree of heavy metals desorption under acidogeneous conditions can reach 80% and follows the order: Zn > Mn > Cu > Ni > Co > Pb > Cr. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Хімія Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах Стан важких металiв у мулових колоїдних системах Heavy metals state in sludge colloid systems Article published earlier |
| spellingShingle | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах Калиниченко, К.В. Никовская, Г.Н. Ульберг, З.Р. Хімія |
| title | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах |
| title_alt | Стан важких металiв у мулових колоїдних системах Heavy metals state in sludge colloid systems |
| title_full | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах |
| title_fullStr | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах |
| title_full_unstemmed | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах |
| title_short | Состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах |
| title_sort | состояние тяжелых металлов в иловых коллоидных системах |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84309 |
| work_keys_str_mv | AT kaliničenkokv sostoânietâželyhmetallovvilovyhkolloidnyhsistemah AT nikovskaâgn sostoânietâželyhmetallovvilovyhkolloidnyhsistemah AT ulʹbergzr sostoânietâželyhmetallovvilovyhkolloidnyhsistemah AT kaliničenkokv stanvažkihmetalivumulovihkoloídnihsistemah AT nikovskaâgn stanvažkihmetalivumulovihkoloídnihsistemah AT ulʹbergzr stanvažkihmetalivumulovihkoloídnihsistemah AT kaliničenkokv heavymetalsstateinsludgecolloidsystems AT nikovskaâgn heavymetalsstateinsludgecolloidsystems AT ulʹbergzr heavymetalsstateinsludgecolloidsystems |