Теоретическая и прикладная экология1995-43012618-840610.25750/1995-4301-2026-2-145-155OtherИсследование механизма адсорбционной очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ модифицированным отходом энергетики для снижения антропогенного воздействия на окружающую средуStudy of the mechanism of adsorption wastewater treatment from surfactants by modified energy waste to reduce anthropogenic impact on the environmentИсхаковаР. Я.IskhakovaR. Ya.imreginaiskh@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0339-9849НиколаеваЛ. А.NikolaevaL. A.larisanik16@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7200-2318Kazan State Power Engineering UniversityKazanRussiaКазанский государственный энергетический университетКазаньРоссия250620262145155http://www.envjournal.ru/ari/v2026/v2/26214.pdf

В статье представлены результаты исследования процесса адсорбции анионных синтетических поверхностно-активных веществ из водных сред отходом энергетики - карбонатным шламом водоподготовки тепловых электрических станций, модифицированным связующим материалом - парафином (ШМП). Сорбционная ёмкость ШМП по додецилсульфату натрия (ДСН) составляет 22,1 мг/г. На основе изотерм Ленгмюра рассчитаны константы ад-сорбционного равновесия, изостерические теплоты адсорбции, значения свободной энергии Гиббса по уравнению Гиббса-Гельгольца. Установлено, что процесс протекает самопроизвольно. Определены основные термодинамические характеристики процесса адсорбции, на основании которых установлено, что на полученном сорбционном материале протекает физическая адсорбция. Для исследования механизма адсорбции на ШМП проведено экспериментальное определение кинетических показателей процесса. Адсорбция ДСН на ШМП реализуется на 80-90 % в первые 4050 мин. Энергия активации адсорбции составляет 7,64 кДж/моль. Полученные результаты исследований могут быть использованы для разработки технологии адсорбционной очистки сточных вод ШМП на этапе локальной очистки сточных вод промышленных предприятий. Предлагаемый подход к очистке водных сред является экологически безопасным, вовлекает отходы энергетики в качестве вторичных материальных ресурсов и позволит снизить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду.

The article presents the results of a study of the anionic synthetic surfactants adsorption by energy waste - carbonate sludge from water treatment of thermal power plants, modified by a binding material - paraffin-modified sludge (PMS). Paraffin wax was used as a binding component; it is hydrophobic, insolubil, and has sorption capacity for the absorbed surfactants. It was experimentally established that introduction of the binding component in an amount of 30 wt. % is the most appropriate.The sorption capacity of PMS is 22.1 mg/g. The adsorption isotherm belongs to type I according to the Brunauer, Emmett, and Teller classification, which indicates monomolecular adsorption. The constants of adsorption equilibrium, isosteric heats of adsorption were calculated based on Langmuir isotherms. The values of Gibbs free energy were calculated using the Gibbs-Helmholtz equation. It was found that the process occurs spontaneously. The main thermodynamic characteristics of the adsorption process were determined, based on which it was established that physical adsorption occurs on the obtained sorption material due to Van der Waals forces. To study the adsorption mechanism on PMS, an experimental determination of kinetic dependencies was carried out. The adsorption of sodium dodecyl sulfate (SDS) by PMS is realized by 80-90 % in the first 40-50 minutes. The activation energy of adsorption is 7.64 kJ/mol. The obtained research results can be used to develop the adsorption wastewater treatment technology in industrial enterprises. The environmentally safe proposed technology involves energy waste as secondary material resources and reduces the anthropogenic load on the environment.

отход производстваанионные поверхностно-активные веществатермодинамические характеристикиочистка сточных водадсорбцияwastewater treatmentadsorptionindustrial wasteanionic surfactantsthermodynamic characteristicsРабота выполнена за счёт предоставленного в 2025 году Фондом науки и технологий Республики Татарстан гранта на осуществление фундаментальных и прикладных научных работ в научных и образовательных организациях, предприятиях и организациях реального сектора экономики Республики Татарстан № 9 от 01.12.2025.1. Шачнева Е.Ю. Поверхностно-активные вещества в объектах окружающей среды. Методы очистки сточных вод. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. 65 c.2. Liu X., Zorina T.G. Regional pollution and the geographical distribution of pollution intensive industries in China // Kazan State Power Engineering University Bulletin. 2024. V. 16. No. 3 (63). P. 106–119.3. Palmer М., Hately Н. The role of surfactants in wastewater treatment: Impact, removal and future techniques: A critical review // Water Res. 2018. V. 147. No. 12. P. 60–72. doi: 10.1016/j.watres.2018.09.0394. Ильин В.И. Технологические процессы и способы очистки производственных сточных вод. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2014. 103 с.5. Siyal А.А., Shamsuddin M.R., Low A., Rabat N.E. A review on recent developments in the adsorption of surfactants from wastewater // Journal of Environmental Management. 2020. V. 254. Article No. 109797. doi: 10.1016/j.jenvman.2019.1097976. Закиров Р.К., Ахмадуллина Ф.Ю., Балымова Е.С. Перспективы сонохимической обработки сточных вод, содержащих синтетические поверхностно-активные вещества // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 4. С. 111–116. doi: 10.25750/1995-4301-2020-4-111-1167. Экспериментальные методы в очистке сточных вод: монография / гл. ред. М. ван Лосдрехт, П.Х. Нильсен, К. Лопес-Васкес, Д. Брджанович. Томск: изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2020. 346 с.8. Kangina O.A., Chernysheva M.G., Badun G.A., Lishai A.V., Tsygankova N.G., Savitskaya T.A., Grinshpan D.D. Anionic surfactant adsorption on activated carbons produced from lignin and modified with cellulose sulfo-acetate // Colloid J. 2024. V. 86. P. 33–39. doi: 10.1134/S1061933X236011179. Шабуров Е.Л., Деревянко О.В., Федюхин А.В., Смятская Ю.А., Политаева Н.А. Определение теплотворной способности отработанных сорбентов из остаточной биомассы Chlorella Sorokiniana и ряски Lemna minor // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. № 3-4. С. 113–121.10. Siyal A.A., Shamsuddin M.R., Rabat N.E., Zulfiqar M., Ayoub M., Azizli K.A. Removal of anionic surfactant sodium dodecylbenzenesulfonate from water using fly ash adsorbent // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 458. Article No. 012043. doi: 10.1088/1757-899X/458/1/01204311. Solińska A., Marchewka J., Sitarz M., Bajda T. Infrared spectroscopy: the key to elucidating the sorption mechanism of surfactants, dyes and pharmaceuticals on mineral composite material // Spectrochimica Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2023. V. 299. Article No. 122758. doi: 10.1016/j.saa.2023.12275812. Mkilima T., Zharkenov Y., Utepbergenova L., Abduova A., Sarypbekova N., Smagulova E., Abdukalikova G., Kamidulla F., Zhumadilov I. Harnessing graphene oxide-enhanced composite metal-organic frameworks for efficient wastewater treatment // Water Cycle. 2024. V. 5. P. 86–98. doi: 10.1016/j.watcyc.2024.02.00513. Zou M., Zhang H., Miyamoto N., Kano N., Okawa H. Adsorption of an anionic surfactant (sodium dodecyl sulfate) from an aqueous solution by modified cellulose with quaternary ammonium // Polymers (Basel). 2022. V. 14. No. 7. Article No. 1473. doi: 10.3390/polym1407147314. Стрельцова Е.А., Гросул А.А. Адсорбция додецилсульфата натрия, хлорида додециламмония и Твинов из водных растворов на парафине // Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14. Вып. 1. С. 129–137.15. Николаева Л.А., Исхакова Р.Я. Адсорбционная очистка газовых выбросов отходом производства от оксидов азота // Наука и техника в газовой промышленности. 2023. № 1 (93). С. 99–106.16. Dolganov A.V., Balandina A.V., Chugunov D.B., Timonina A.S., Klimaeva L.A., Shingina V.V., Knyazev A.V. Kinetic and thermodynamic characteristics of the sorption of fluoride ions using a composite based on cellulose and alumina // Russ. J. Phys. Chem. 2020. V. 94. P. 2121–2125. doi: 10.1134/S003602442010007617. Сютова Е.А., Джигола Л.А. Исследование кинетических закономерностей твёрдофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2020. Т. 20. № 1. C. 64–78. doi: 10.17308/sorpchrom.2020.20/238118. Yakovleva A.A., Nguyen T.T. Characteristics of sorption on surfaces of river sands with the participation of iron(III) ions // Russ. J. Phys. Chem. 2021. V. 95. P. 1216–1221. doi: 10.1134/S00360244210602851. Shachneva E.Yu. Surfactants in the Environment. Wastewater Treatment Methods. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. 65 р. (in Russian).2. Liu X., Zorina T.G. Regional pollution and the geographical distribution of pollution intensive industries in China // Kazan State Power Engineering University Bulletin. 2024. V. 16. No. 3 (63). P. 106–119.3. Palmer М., Hately Н. The role of surfactants in wastewater treatment: Impact, removal and future techniques: A critical review // Water Res. 2018. V. 147. No. 12. P. 60–72. doi: 10.1016/j.watres.2018.09.0394. Il’in V.I. Technological processes and methods for treating industrial wastewater. Moscow: RKHTU im. D. I. Mendeleeva, 2014. 103 p. (in Russian).5. Siyal А.А., Shamsuddin M.R., Low A., Rabat N.E. A review on recent developments in the adsorption of surfactants from wastewater // Journal of Environmental Management. 2020. V. 254. Article No. 109797. doi: 10.1016/j.jenvman.2019.1097976. Zakirov R.K., Akhmadullina F.Y., Balymova E.S. Prospects for sonochemical treatment of wastewater containing synthetic surfactants // Theoretical and Applied Ecology. 2020. No. 4. Р. 111–116 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2020-4-111-1167. Experimental methods in wastewater treatment: monograph / Eds. M. van Losdrekht, P.H. Nil’sen, K. Lopes-Vaskes, D. Brdjanovic. Tomsk: izd-vo TGASU, 2020. 346 р. (in Russian).8. Kangina O.A., Chernysheva M.G., Badun G.A., Lishai A.V., Tsygankova N.G., Savitskaya T.A., Grinshpan D.D. Anionic surfactant adsorption on activated carbons produced from lignin and modified with cellulose sulfoacetate // Colloid J. 2024. V. 86. P. 33–39. doi: 10.1134/S1061933X236011179. Shaburov E.L., Derevianko O.V., Fedyuhin A.V., Smyatskaya Yu.A., Politaeva N.A. Determination of thermal capacity of processed sorbents from residual biomass of Chlorella Sorokiniana and duckweed Lemna minor // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki. 2019. V. 21. No. 3-4. P. 113–121 (in Russian).10. Siyal A.A., Shamsuddin M.R., Rabat N.E., Zulfiqar M., Ayoub M., Azizli K.A. Removal of anionic surfactant sodium dodecylbenzenesulfonate from water using fly ash adsorbent // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 458. Article No. 012043. doi: 10.1088/1757-899X/458/1/01204311. Solińska A., Marchewka J., Sitarz M., Bajda T. Infrared spectroscopy: the key to elucidating the sorption mechanism of surfactants, dyes and pharmaceuticals on mineral composite material // Spectrochimica Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2023. V. 299. Article No. 122758. doi: 10.1016/j.saa.2023.12275812. Mkilima T., Zharkenov Y., Utepbergenova L., Abduova A., Sarypbekova N., Smagulova E., Abdukalikova G., Kamidulla F., Zhumadilov I. Harnessing graphene oxide-enhanced composite metal-organic frame-works for efficient wastewater treatment // Water Cycle. 2024. V. 5. P. 86–98. doi: 10.1016/j.watcyc.2024.02.00513. Zou M., Zhang H., Miyamoto N., Kano N., Okawa H. Adsorption of an anionic surfactant (sodium dodecyl sulfate) from an aqueous solution by modified cellulose with quaternary ammonium // Polymers (Basel). 2022. V. 14. No. 7. Article No. 1473. doi: 10.3390/polym1407147314. Streltsova E.A., Grosul A.A. Adsorption of sodium dodecyl sulfate, alkylammonium chloride and Twins from water solution on the paraffin // Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2014. V. 14. No. 1. P. 129–137 (in Russian).15. Nikolaeva L.A., Iskhakova R.Ya. Adsorption purification of gas emissions from industrial waste from nitrogen oxides // Science and Technology in the Gas Industry. 2023. No. 1 (93). P. 99–106 (in Russian).16. Dolganov A.V., Balandina A.V., Chugunov D.B., Timonina A.S., Klimaeva L.A., Shingina V.V., Knyazev A.V. Kinetic and thermodynamic characteristics of the sorption of fluoride ions using a composite based on cellulose and alumina // Russ. J. Phys. Chem. 2020. V. 94. P. 2121–2125. doi: 10.1134/S003602442010007617. Syutova E.A., Dzhigola L.A. Study of kinetic regularities of solid-phase concentration of calcium ions by natural sorbents // Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2020. V. 20. No. 1. Р. 64–78 (in Russian). doi: 10.17308/sorpchrom.2020.20/238118. Yakovleva A.A., Nguyen T.T. Characteristics of sorption on surfaces of river sands with the participation of iron(III) ions // Russ. J. Phys. Chem. 2021. V. 95. P. 1216–1221. doi: 10.1134/S0036024421060285