Сорбційне очищення стічних вод молокопереробних підприємств від молочної кислоти

Переробка молочної сироватки є однією з головних проблем на молокопереробних підприємствах. Постійно зростаюча кількість виробництва сироватки, її харчова та біологічна цінність обумовлюють необхідність пошуку новітніх, економічно доцільних і енергозберігаючих способів її переробки.

Молочна сироватка – це рідина , що залишається після кількох технологічних процесів переробки молока. У середньому сироватка містить до 48-52 % сухих речовин молока, а її енергетична цінність становить 36 % цінності молока, її скидання є небезпечним для навколишнього середовища. Для демонстрації розмірів збитку, що може нанести скидання сироватки у водоймище, можна привести таке порівняння: 1 м3 сироватки забруднює водоймище так, як його може забруднити 100 м3 господарсько-побутових стічних вод [1,2].
На сьогодні розроблено багато способів утилізації молочної сироватки: теплова обробка, сепарування, консервування, біологічні та мембранні методи обробки тощо. Вона може використовуватися: у виробництвах різних молочних продуктів, хліба, макаронів, кондитерських виробів, ковбас; для підвищення харчової цінності продуктів з вторинної молочної сировини; у виробництві медичних препаратів, технічних матеріалів та кормових засобів, [2].
Експериментальні дослідження адсорбційного очищення модельних стічних вод від молочної кислоти
Експериментальне дослідження адсорбції молочної кислоти проводили в статичних умовах. Концентрацію молочної кислоти визначали перманганатометричним методом, рН – за допомогою іономіра ИМ-160.
Експериментальні дані адсорбції молочної кислоти на активованому вугіллі та цеоліті Сокирницького родовища представлено на рис.1.


Рис. 1. Ізотерми адсорбції молочної кислоти на клиноптилоліті Сокирницького родовища
та активованому вугіллі
В результаті досліджень було встановлено, що активоване вугілля краще адсорбує молочну кислоту за цеоліт. Це пояснюється тим, що молекули молочної кислоти мають вуглецевий радикал, який проявляє спорідненість до неполярних сорбентів, тобто до активованого вугілля [3,4]. На мінеральних сорбентах, зокрема на клиноптилоліті Сокирницького родовища, відбувається адсорбція за участю гідрофільних груп – ‒ОН та

–СООН. Це підтверджується збільшенням рН досліджуваних розчинів. Оскільки масова частка гідрофобного радикалу є суттєво вищою за функціональні групи, то сорбція краще проходить на активованому вугіллі.
Розрахунок параметрів рівняння мономолекулярної адсорбції Фрейндліха
З огляду на характер ізотерм адсорбції, представлених на рис. 1, адсорбційну рівновагу в системі твердий адсорбент – розчин можна охарактеризувати за допомогою рівнянь мономолекулярної адсорбції – Фрейндліха та Ленгмюра.
З метою находження констант рівняння Фрейндліха (k і n), його приводимо до лінійного вигляду шляхом логарифмування:
lga = lgk + ,                                                                         (1)
де a – величина адсорбції (моль/г); ; к   і  n – сталі величини.

Рис. 2. – Ізотерма адсорбції молочної кислоти на цеоліті та активованому вугіллі за Фрейндліхом  в лінійних координатах, де ■ – активоване вугілля; ♦ – цеоліт

З графіку визначаємо рівнання Фрейндліха для процесу адсорбції молочної кислоти на цеоліті:
                                                                                      (2)
Рівнання Фрейндліха для процесу адсорбції молочної кислоти на активованому вугіллі:
                                                                                      (3)
Як видно з рис. 2 експериментальні дані добре описуються рівнянням Фрейндліха. Коефіцієнт кореляції експериментальних та теоретичних даних R2 становить 0,9915 …0,9836, що вказує на достовірність експериментальних даних.
Розрахунок параметрів рівняння мономолекулярної адсорбції Ленгмюра
Процес адсорбції молочної кислоти на природних цеолітах достатньо добре підпорядковується мономолекулярній теорії
Для розрахунку граничної адсорбції молочної кислоти (а¥). використовуємо лінеаризоване рівняння Ленгмюра:
,                                                              (4)
де а¥ – графічна адсорбція (величина адсорбції при повному насиченні моношару); К – константа адсорбційної рівноваги.
З рис. 3 випливає, що ізотерма адсорбції молочної кислоти на цеоліті та активованому вугіллі описується рівнянням Ленгмюра:
 для цеоліту:                                                                                  ,                                                      (5)
 для активованого вугілля:                                                         ,                                                     (6).
Коефіцієнт кореляції експериментальних та теоретичних даних R2 становить 0,92 …0,9995, що вказує на достовірність експериментальних даних. За результатами проведених досліджень можна стверджувати про відповідність експериментальних ізотерм ізотермі Ленгмюра.

Рис. 3. Графічне визначення коефіцієнтів рівняння Ленгмюра, де ■ – активоване вугілля; ♦ - цеоліт

Експериментальні дослідження зміни рН модельної стічної води після адсорбції в статичних умовах. При адсорбції молочної кислоти на цеоліті та активованому вугіллі спостерігалося зниження кислотності розчинів. Це свідчить про те, що в процесі адсорбції молочної кислоти поглинається не лише вуглецевий радикал, але й протон водню, який утворюється при дисоціації кислоти. Якщо розглядати процес адсорбції молочної кислоти на цеоліті, справедливим може бути твердження, що протон може сорбуватися за механізмом іонного обміну, в результаті якого в розчин надходять обмінні катіони. В такому процесі задіяні активні Бренстедовські центри:

При адсорбції молочної кислоти на активованому вугіллі відбувається зниження рН за рахунок утворення адсорбційного комплексу з центрами:


Рис. 4. Експериментальні дослідження зміни рН модельної стічної води після адсорбції  в статичних умовах, де▲ – початкове рН стічної води; ■ –  рН після адсорбції на активованому вугіллі ; ♦ - рН після адсорбції на клиноптилоліті Сокирницького родовища цеоліт

Аналізуючи результати експериментальних досліджень, представлених на рис. 1  та 4  можна зробити висновок про те, що адсорбційна здатність сорбентів щодо молочної кислоти корелюється зі зниженням кислотності модельних стічних вод. Таким чином, поглинання молочної кислоти цеолітом та активованим вугіллям проходить, очевидно, за механізмом фізичної адсорбції.
Висновки. Перевірено сорбційні властивості природного цеоліту та активованого вугілля. В результаті досліджень було встановлено, що активоване вугілля краще адсорбує молочну кислоту ніж цеоліт. Доведено що молекули молочної кислоти за рахунок вуглецевого радикалу, проявляють спорідненість до неполярних сорбентів, тобто до активованого вугілля. Мінеральні сорбенти адсорбують молочну кислоту за  участю гідрофільних груп – -ОН та –СООН, які взаємодіють за участю цеолітового каркасу. Це підтверджується збільшенням рН досліджуваних розчинів.

Список літератури

  • Савицька В. Актуальні проблеми розвитку ринку молока і молочних продуктів // Економіка АПК. – 2002. – № 11. – С. 102-138.
  • Шифрин С.М. Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности / С.М. Шифрин, Г.В. Иванов , Б.Г. Мишунов, Ю.А. Феофанов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 272 с.
  • Мацуська О.В. Адсорбция компонентов сточных вод природными сорбентами / О.В. Мацуська,

    Р.П. Параняк, Я.М. Гумницький // Химия и технология воды. –2009. – т.32, №4. – С. 399-407.
  • Петрушка И. М. Внешнедиффузионная кинетика адсорбции красителя анионного красного 8С на глауконите / И.М. Петрушка, Я.М. Гумницкий, М.С. Мальованый// Теор. основы химической технологии. – Т.47, №2. – 2013. – С. 191-195.

Сорбційне очищення стічних вод молокопереробних підприємств від молочної кислоти [Електронний ресурс]  / [Сабадаш В.В.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/sorbciyne-ochyshchennya-stichnyh-vod-molokopererobnyh-pidpryyemstv-vid-molochnoyi-kysloty

Оцінка: 
0
No votes yet