SYMPOSIUM PRACOVNÍKŮ BÁŇSKÉHO PRŮMYSLU
IVE VÍOÉhTECHNICE
1972
SEKCE
Vodní a kalové hospodářství
K. Štamberg Ústav jaderných paliv Zbraslav /Vit., ČSSR R. Jilek, H. Procházka Výzkumný ústav veterinárního lékařství ČAZ Brno,ČSSR P. Hulák Cs uranový průmysl Hydlovary, ČSSR J. Katzer Státní plánovací komise Praha,ČSSR ZÁKLADNÍ ASPEKTY APLIKACE BIOSORBENTU NA BASI MYCELIÍ HUB KMENE PĚNICILLIUM CHRYSOGENUM
V 6
N
- 119 -
K. S t e r n b e r g -
tietav jadernách p a l i v Z b r a s l a v n / V l t . , ČSSH R, J í l e k , H. P r o c h á z k a - Výzkumný ú s t a v v e r e r i n á r n í h o l é k a ř s t v í ČAZ Brno, ČSSR P. H u 1 Á k - ČB.uranový p r c a j e ! itydlovary ,ČSSR J . K a t z e r , - S t á t n í plánovací k o c l s e Praha,ČSSR
HUB KMENTE PSNICILLIU2Í CHRYČOGEmJM
Biosorbenty ne b a s í cjycelií hub P.chry.sogeňum
vykazují řadu specifických v l e s t n o s t í , k t e r é lze odvo zovat jednak od chemických s t r u k t u r "stavebních Jed notek** m^celia, jednak od způsobu zpevnění mycelia. V tomto smyslu lze v l a s t n o s t i výsledného sorbentu do u r č i t é airy modifikovat a v o l i t . Celkový charakter sorpčních procesů probíhajících na bibsorbentech tohoto typu připomíná sorpcí na chelétových pryskyřicích. Kromě recence sorpcnim mechan ismem, charaktsr skeletu a funkčních skupin bioaorbentú tohoto typu dovoluje aplikovat mechanismuis sorpčně-erážecí, spo j u j í c í výhody procesů aorpčních a apoiuarážecích (vhodné např. pro r e t e n c i R a z odpadních vod). Biosorbenty na basi mycelia kmene P e n i c i l l i n s chrysogenum rozumíme látky připravené zpevněním su šeného odpadního s y c e l i a . Cílea operace zpevnění je
- lao -
předevěím bíooorbent a vyhovujícími mechanickými vlastnostmi: je však principiálně možné způsobem zpevnění, t.J. pracovním postupem a druhem zpevňu jících komponent, ovlivňovat do určité mlíy "vlast nosti výsledného produktu. Základní složkou biosorbentu zůstává mycelium,, byí během operace zpevnění dochází k Jeho částečnému rozpouštění a degradaci. Toto vyplývá z porovnáni základních sorpčních vlastností nezpevněné a zpev něné biomasy. Je také patrno, že během zpevňování, např. močovino-formaldehydovou a resorcin-formaldehydovou pryskyřicí, se převážně rozpouští bslastní složky (z hlediska retenční schopnosti např. pro uran) a že vzrůstá procentuální obsah proteinů, hexosaminů a polysacharidů, t,j.. složek schopných retence např. těžkých kovů a kovů alkalických ze min. Konkrétně jame zjistili, že v nezpevněném myceliu je obsaženo cca 29 % proteinů + hexosaminů + polysacharidů, ve zpevněné® močovino~formaldehydovou pryskyřicí cca 60 % a ve zpevněném reeorcin-formaldehydovou pryskyřicí cca 64 %. Funkce zpevňujících komponent spočívá zřejmě ve ivytvořeni trojrozměrného nerozpustného nosného skeletu obklopujícího e prostupujícího hmotu mycella. Protože věak k určitému zpevnění dcjde i působením např. samotného foraialdehydu, je možno se právem domnívat, že zpevňující akelet je propojen che mickými vazbami s myceliem. Tím také lze vysvětlit efektivitu samotné operace a výše zmíněné relativní zvýšení obsahu.proteinů a dalších buněčných kompo nent, které jsou vzájemně "sírovány" (včetně močo viny či reaorcinu) reakcí s formaldehyde*.
- 121 ~
Selektivita biosorbentů jsko celku je proto předevšio dána složkami typu proteinů, bexo«a«binfi a pólysacharidů. Zpevňující skelet, resp* jeho složky, ovlivňuje mechanické vlastností,'zřejmě však i porositu a v některých případech i retenční vlastnosti. Mechanismy retence Probil sat iks mechanismu retence, obecně vset?, souvisí v podstatě s druhem funkční skupiny, která se r,a retencl podílí. Je proto zřejmé, ie retence na námi sledovaných biosorbentech je ,z hlediska ;aechanismu složitým procesem, jehož vysvětlení je značně náročné. Naše dosavadní výsledky nasvědčují tomu, že retence napřY těžkých kovů", kovů alkalických sen-in, alkalických kovů.,-,probíhá kombinací nebe cecnia z mechanismů : a) výměny iontů b) tvorby chelátů c) sorpčně-srážecího mechanismu. 0 prvých dvou mechanismech vsub &}, b> ) ne pokládáme za nutné se'blíže smínovax,' pretcie ;.s-;u znasy především v souvislosti s výměnou iontů as ionexéch, s komplexací .iontů chelétorvornými čini dly, na t.zv. cheiétcvých pryskyřicích. ř-pcctvKaoejeru že k výměně iontů decnází hlavně-při reten^-i alkalických' kovů ú k tvorbě chelátů pří rétenci těžkých', kovů*"
«- 122 -
Za zajímavější považujeme však mechanismus* sorpčně-erážeeí, pomocí kterého ei vysvětlujeme při'určitých podmínkách, např. při retenci Hřte, uranu a jiných složek odpadních vod. Způsob čiš tění odpadních vod založených na tomto sorpčněarážecí® mechanismu spojuje výhody dvou základních Čistících eventuálně dokontaminačních postupů : sorpce (což je regenerovatélnost a jednoduchý technologický poatup) e srážení, případně spolusrážení (což je zpravidla vysoké dekontaminační účinnost). Konkrétní postup spočívá v regeneraci biosorbentu, jehož terminélní skupiny proteinů a . jiných biopolyinerň mají chelátotvoraé.(i výměnné vlastnosti, cca 0,1 M roztoky např, chloridu železitéhc, barnatého, dusičnanu olovnatého a pod. Přítota dochází k retenci kationtu v takové míře, že jeho výsledná koncentrace ve fázi biosorbentu se pohybuje okolo 0,5 - 1,0 M/kg, reap* 0,2 - 0,6^/, litr. Stykem promytého biosorbentu po regeneraci e vodou určenou k dekontaminaci, nejlépe v koioně a pevným ložem, dirundují k povrchu do fáze bio sorbentu anionické i kationické složky. Vzhledem +3
k poměrně vysoké koncentraci kationtu např. Fe , Pb^ a pod. ve fázi biosorbentu a ábrpční schop nosti biosorbentu pro elektrolyty (anionické slož ky jsou ovšem poután}' mnohem slabě ji než kationické - lze je odstranit promytim vodou) je výslednicí styku postupná tvorbě mikrokrystalické sraženíny uvnitř pórů í na povrchu biosorbentu (např." Fe(0H)3, BsS04, FbCO^ a pod,). Zpravidla není nutné dodávat anionické sraženinotvomé složky, např. SQ~2, OET a pod. - uvažujeiae-li sorpčně-epolusréžecí mechanismus (vhodný např. k odstraňováni 2 2 6 Ra, 90Sr a pod.) - do dekontaoinovanévodyj nebo£ k tomu, aby byl překročen příslušný
- 123 -
součin r o z p u s t n o s t i , postačí koncentrace těchto složek v samotné vodě určené k dekontaminaci. Sledujeme-li odstraňování anionických složek Jako takových, např; .jodidů, jodičnanú. síranů, c h l o r i - • dů a pod., volíme regenerační činidlo takové jehož kstíonické složka vytváří z odstraňovaným anlontem málo rozpustné s r a ž e n i n y ; . i zde příznivé púaobí poměrně vysoké koncentrace ketlontů ve fází b i o sorbentu. .'• Významným momentem sorpčně-sráčecího mecha nismu, který ovšem nemusí existoval během výě-e zrní-. něných Čistících a dekontí»minačních operacích v č i s t é formě ína retenci se často současně p o d í l í např.- mechanismus výměnný) je bezpochyby vznik a současné fixace srazeniny reap, spplusraženlny u v n i t ř i na povrchu biosorbentu, což řeží problé my spojené se separací "spolusražeriín" od, dekon taminované vody způsobem r e l a t i v n ě velmi dooře schůdným. Po"nasycení* vrstvy biosorbentu následuje eluce spojené s rozpouštěním sraženíny.. Volba elu^ čního, r e a p . ,rczpouětěcího činidle je především dána chemickým s l o i e n í c sraženiny. Zejl^svá vie v : t é t o s o u v i s l o s t i t a skutečnost," £e poúí i tím čí-. nidla o dostatečně nízké.koncentrací s e . o d s t r a n í • pouze sraženine a nikoliv zbývající sračeriínotvprné. kationty s k t e r é zů8tévají pod touto -"barie rou" ze srařeníny zřejmě vázány ne funkčních sku pinách biosorbentu. Po e l u c í p a k muče.nesledovat ihned sorpčně-srdžecí operace s tím, £e regenerace se.provádí kaídý 3 . až 5 . cyklus.
- 124 •»
Diskuse B závěr
k aplikaci bjosor-bentCl
Z důvodu možné realisace re tence kationických aloŽek výměnném a chelátotvorným mechanismem (ana logie sé slabě kyselými katexy e t.zv* chelétovýrai pryskyřicemi) i retence kationických, anionických i koloidních složek mechanismem sorpčně-srážecím, ma^í biosorbenty více-méně universální použitelnost". 2 tohoto hlediska přicházejí v úvahu především apli kace při dekontaminaci radioaktivních vod obecně, např. vod odpadajících při těžbě a zpracováni ra dioaktivních surovin, vod zamořených korosními a Štěpnými zplodinami, které odpadají, reap, které ,je nutno čistit v souvislosti a provozováním jaderněenergetických zařízení. Lze předpokládat i sirží využití v prCimyšlové aplikaci při čištění odpadních vod kontaminovaných anorganickými složkami.
