Введение к работе
Актуальность темы. Общечеловеческой проблемой в настоящее время является безопасность пищевых продуктов. Их качеству стали уделять все возрастающее внимание в связи с интенсивным загрязнением окружающей среды. В широко потребляемые безалкогольные напитки, а также пиво, ликеры, наливки, водку вредные для здоровья человека ингредиенты могут попадать с технологической водой, которая является основным компонентом этой продукции. Присутствие гумусовых кислот в воде к тому же обусловливает желтоватый оттенок водки, ухудшает ее вкус и органолептические показатели. Кроме того, гуминовые (ГК) и фульвокислоты (ФК), взаимодействуя с тяжелыми металлами, гербицидами, пестицидами, пластификаторами, хлорорганическими компонентами и др., образуют комплексные и адсорбционные органо-минеральные биологически активные соединения, среди которых есть вещества с канцерогенными свойствами. Гумусовые кислоты являются, таким образом, "носителями" веществ, представляющих угрозу здоровью человека.
Для приготовления высококачественной, экологически безупречной
пищевой продукции, в технологии обработки воды должна быть стадия,
направленная на удаление водного гумуса. В промышленной
водоподготовке вообще очистке воды от органических соединений уделяется мало внимания, в том числе и на предприятиях пищевой промышленности. Коагуляции часто бывает недостаточно для достижения нужного уровня подготовки воды, поэтому разработка технологии ее кондиционирования сорбцией весьма актуальна. Гумусовые соединения составляют 80-90 % от общего количества органических примесей в воде, примем *фтч. в iu-ju раз иолъше, чем і іч. поэтому первоочередная задача - удаление именно фульвокислот, тем более что последние плохо осаждаются коагуляцией. Эта мера позволит получать свободную от органических загрязнений воду и будет способствовать повышению качества и уровня безопасности для здоровья человека произведенных на ее основе напитков.
Работа выполнена по открытому плану хоздоговорных программ Воронежской государственной технологической академии по теме "Разработка рациональных технологий очистки природных и сточных вод" (1995-1998 г).
Цель и задачи исследования. Целью выполненной работы являлась разработка научно-обоснованной технологии сорбционной очистки природных вод от органических веществ гумусовой природы, конкретно -фульвокислот, которые являются основным компонентом органической составляющей примесей воды.
В процессе работы решались следующие задачи:
разработка способов выделения и очистки фульвокислот из речной воды а также проведение идентификации полученного препарата разным! физико-химическими методами;
изучение физико-химических свойств ионообменных материало] (обменная емкость, характер функциональных групп, влагосодержание);
- исследование сорбционной способности ионитов и ионитовы:
ВОЛОКОН В ОТНОШеНИИ фуЛЬВОКИСЛОТ В ДННаМИЧеСКИХ УСЛОВИЯХ МЄТОДОА
выходных кривых;
- изучение кинетических закономерностей взаимодействия фульвокисло-
с наиболее активным сорбентом при изменении внешних условиі
сорбционного процесса: вида противоиона, размера частиц адсорбента, рН
концентрации фульвокислот в растворе и температуры;
оценка сорбционной способности иоігатов в статических условиях і зависимости от условий проведения процесса;
испытания в динамическом режиме с целью выяснения влияния н; сорбционную емкость скорости потока раствора, высоты слоя адсорбента концентрации фульвокислот в растворе;
- исследование возможности восстановления сорбционной ємкості
анионита растворами минеральных кислот, солей и оснований;
определение оптимального расхода регенерирующего агента
- пилотные испытания способа сорбции в режиме, найденном на основа
полученных научных данных.
Научная новизна. Впервые исследована кинетика, статика и динамик; сорбции водных фульвокислот в широкой области измененш концентрации, рН и температуры раствора, а также размера гранул высоты слоя сорбента и скорости потока раствора поглощаемого вещества.
На основании проведенных экспериментов и выявленны? закономерностей сорбции фульвокислот в зависимости от многи> параметров, теоретически обоснованно разработана технология очисти природных вод от фульвокислот. Исследование осуществлено с использованием ФК, выделенных автором из речной воды, им очищенны> и идентифицированных с помощью современных физико-химически> методов.
Полученные теоретические данные позволили выявить те параметри процесса, с помощью которых можно повышать эффективность очисткг воды от ФК и выбирать их оптимальное сочетание для каждогс конкретного случая.
В результате изучения взаимодействия насыщенного фульвокислотами анионита с различными минеральными кислотами v основаниями разработан способ и режим регенерации отработанногс сорбента для восстановления его органоемкости, позволяющий достигаті вьгсокого эффекта десорбции при минимальном расходе реагентов.
Предложен возможный механизм сорбции фульвокислот анионитами и дано объяснение некоторых закономерностей сорбции с позиций строения и свойств фульвокислот природных вод.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований научно обосновано практическое применение аиионита ИА-3 для очистки природной воды от фульвокислот до уровня, обеспечивающего безопасность изготовленных на ее основе напитков с хорошими органолептическими свойствами.
Разработан режим проведения процесса в промышленном производстве. Показана возможность восстановления сорбционной емкости поглотителя органических примесей и предложены параметры регенерации фильтра.
Основные результаты исследований подтверждены опытно-промышленной апробацией на Экспериментальном Воронежском ликеро-водочном заводе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Пятой региональной научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технологии Центральночерноземного региона Российской Федерации", Липецк, 1997г; Всероссийском симпозиуме по теории и практике хроматографии и электрофореза, Москва, 1998; XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, С.-Петербург, 1998; X Всероссийском совещании "Совершенствование технологии гальванических покрытий", Киров, 1997; Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва, 1998; Всероссийской научной конференции "Мембраны-98", Москва, 1998; Шестой региональной конференции "Проблемы химии и химической технологии", Воронеж, 1998.
По материалам работы имеется 8 публикаций.
Структура а объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 186 страницах, включает 20 таблиц, 24 рисунка. Список литературы состоит из 228 источников, из которых 79 иностранных.