nsojoutСтроительство: наука и образованиеConstruction: Science and Education2305-5502ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/2305-5502.2023.2.9nsojout-107Research ArticleИнженерные системы. Эксплуатация зданий. Проблемы ЖКК. Энергоэффективность и энергосбережение. Безопасность зданий и сооружений. ЭкологияEngineering systems. Exploitation of buildings. Problems of Housing and Communal Complex. Energy efficiency and energy saving. Safety of buildings and structures. EcologyИспользование пеностекла (гранулированного) в очистке городских поверхностных сточных водThe use of foam glass (granular) in urban surface water treatmentСамодоловаОлеся АлександровнаSamodolovaOlesya A.

аспирант кафедры градостроительства, инженерныхсетей и систем

 

postgraduate student of the Department of Urban Planning, EngineeringNetworks and Systems

samodolova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6851-4257УльрихДмитрий ВладимировичUlrikhDmitrii V.

доктор технических наук, доцент, директор архитектурно-строительного института

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Institute of Architecture and Civil Engineering

ulrikhdv@susu.ruЛонзингерТатьяна МопровнаLonzingerTatiana M.

кандидат технических наук, научный сотрудник, доцент кафедры физико-химии материалов

Candidate of Technical Sciences, Researcher, Associate Professor of the Department of Physical Chemistry of Materials

lonzingertm@susu.ruДенисовСергей ЕгоровичDenisovSergey E.

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры градостроительства, инженерных сетей и систем

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Urban Planning, Engineering Networks and Systems

denisovse@susu.ruЮжно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (ЮУрГУ (НИУ))РоссияSouth Ural State University (National Recearch University) (SUSU (NRU))Russian Federation202330062023132131143Copyright © Самодолова О.А., Ульрих Д.В., Лонзингер Т.М., Денисов С.Е., 20232023Самодолова О.А., Ульрих Д.В., Лонзингер Т.М., Денисов С.Е.Samodolova O.A., Ulrikh D.V., Lonzinger T.M., Denisov S.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nso-journal.ru/jour/article/view/107Введение

Введение. При очистке природных объектов от тяжелых металлов определяющую роль играют сорбционные технологии, для развития которых необходимы новые виды сорбентов. Цель исследования — оценка сорбционной способности гранулированного пеностекла при очистке поверхностных сточных вод (СВ) с урбанизированных территорий от тяжелых металлов (на примере Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb и Zn).

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве сорбента использовали гранулированное пеностекло. Сорбатом являлись поверхностные СВ урбанизированной территории г. Челябинска. Изучалось взаимодействие в системе «сорбент – сорбат» в лабораторных условиях методом ограниченного объема при статической сорбции, когда поллютанты находились в жидкой фазе и приводились в контакт с неподвижным сорбентом. Варьировали время контакта сорбента с сорбатом от 3 до 168 ч и температуру окружающей среды от 0 до 20 °С. Структуру и состав поверхности сорбентов исследовали на электронном растровом микроскопе JEOL JSM-6460LV с приставкой для микрорентгеноспектрального анализа. Изменение состава сорбата при взаимодействии с сорбентами определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии на приборе OPTIMA 2100 DV (Perkin Elmer). Водородный показатель устанавливали на микропроцессорном рН-метре рН-150МИ.

Результаты

Результаты. Изучены структура и состав поверхности гранулированного пеностекла. Выявлена эффективность сорбции гранулированного пеностекла тяжелых металлов из СВ урбанизированной территории.

Выводы

Выводы. Полученные результаты показывают, что исследованное гранулированное пеностекло — эффективный сорбционный материал, позволяющий извлекать тяжелые металлы (кобальт, хром, медь, железо, никель, свинец, цинк) из поверхностного стока городов.

Introduction

Introduction. When purifying natural objects from heavy metals a decisive role is played by sorption technologies, for the development of which new kinds of sorbents are required. The aim of the study is to evaluate the sorption capacity of granulated foam glass in the treatment of surface wastewater (SW) from urbanized areas from heavy metals (on the example of Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn).

Materials and methods

Materials and methods. Granulated foam glass was used as a sorbent. The sorbate was urban surface wastewater from the city of Chelyabinsk. The interaction in the sorbent-sorbate system was studied in laboratory conditions by the limited volume method of static sorption when the pollutants were in the liquid phase and brought into contact with a stationary sorbent. The contact time of the sorbent with the sorbate was varied from 3 to 168 hours and the ambient temperature from 0 to 20 °C. The structure and surface composition of the sorbents were studied using a JEOL JSM-6460LV scanning electron microscope with an attachment for micro X-ray spectral analysis. Changes in the sorbate composition during interaction with the sorbents were determined by atomic emission spectrometry on an OPTIMA 2100 DV spectrometer (Perkin Elmer). Hydrogen index was determined on a pH-meter microprocessor рН-150МИ.

Results

Results. The structure and surface composition of granulated cellular glass has been studied. The efficiency of sorption of granulated foam glass of heavy metals from urban surface wastewater has been revealed.

Conclusions

Conclusions. The results show that the investigated granulated foam glass is an effective sorption material and allows the extraction of heavy metals (cobalt, chromium, copper, iron, nickel, lead, zinc) from urban surface wastewater.

поверхностные сточные водысорбентпеностекло (гранулированное)сорбциялокальная очисткаsurface wastewatersorbentfoam glass (granular)sorptionlocal treatmentReferencesPichór W., Kamiński A., Szołdra P., Frąc M. Lightweight cement mortars with granulated foam glass and waste perlite addition // Advances in Civil Engineering. 2019. Vol. 2019. Pp. 1–9. DOI: 10.1155/2019/1705490Pichór W., Kamiński A., Szołdra P., Frąc M. Lightweight cement mortars with granulated foam glass and waste perlite addition. Advances in Civil Engineering. 2019; 2019:1-9. DOI: 10.1155/2019/1705490Bessonov I., Bulgakov B., Zhukov A., Gradov V., Ivanova N., Kodzoev M.B. Lightweight concrete based on crushed foam glass aggregate // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1083. Issue 1. P. 012038. DOI: 10.1088/1757-899X/1083/1/012038Bessonov I., Bulgakov B., Zhukov A., Gradov V., Ivanova N., Kodzoev M.B. Lightweight concrete based on crushed foam glass aggregate IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021; 1083(1):012038. DOI: 10.1088/1757-899X/1083/1/012038Бадретдинова В.Т., Серых Т.А. Роль разработки технологии гранулированного пеностекла в развитии отраслевых направлений «зеленой» экономики // Инвестиции, строительство, недвижимость как драйверы социально-экономического развития территории и повышения качества жизни населения : мат. IX Междунар. науч.-практ. конф. 2019. С. 786–789. EDN IRDPZO.Badretdinova V.T., Serykh T.A. The role of the development of granulated foam glass technology in the development of industry areas of the “green” economy. Investments, construction, real estate as drivers of the socio-economic development of the territory and improving the quality of life of the population : materials of the IX International Scientific and Practical Conference. 2019; 786-789. EDN IRDPZO. (rus.).Dobeš P., Ižvolt L., Mečár M. Experimental verification of modified sub-ballast layers, application of foam glass boards // Civil and Environmental Engineering. 2022. Vol. 18. Issue 1. Pp. 367–374. DOI: 10.2478/cee-2022-0034Dobeš P., Ižvolt L., Mečár M. Experimental verification of modified sub-ballast layers, application of foam glass boards. Civil and Environmental Engineering. 2022; 18(1):367-374. DOI: 10.2478/cee-2022-0034Сопегин Г.В. Подбор состава и исследование свойств легкого бетона на основе гранулированного пеностекла // Master's Journal. 2018. № 1. С. 104–111. EDN UZHPTO.Sopegin G.V. Selection of composition and research of properties of lightweight concrete based on granulated foam glass. Master's Journal. 2018; 1:104-111. EDN UZHPTO. (rus.).Закревская Л.В., Попов М.Ю. Легкие бетоны на основе гранулированного пеностекла // Архитектура. Строительство. Образование. 2015. № 1 (5). С. 26–31. EDN TOKXOJ.Zakrevskaya L.V., Popov M.Y. Light concretes on the basis of granulated foam glass. Architecture. Construction. Education. 2015; 1(5):26-31. EDN TOKXOJ. (rus.).Melnikov V.P., Melnikova A.A., Ivanov K.S. The use of granular foam-glass ceramic in the Arctic construction of low-rise buildings // Arctic: Ecology and Economy. 2022. Vol. 12. Issue 2. Pp. 271–280. DOI: 10.25283/2223-4594-2022-2-271-280Melnikov V.P., Melnikova A.A., Ivanov K.S. The use of granular foam-glass ceramic in the Arctic construction of low-rise buildings. Arctic: Ecology and Economy. 2022; 12(2):271-280. DOI: 10.25283/2223-4594-2022-2-271-280Libor I., Peter D., Holešová M., Deividas N. Assesment of the possibility of foam glass application in the sub-ballast layers // Journal of Civil Engineering and Management. 2023. Vol. 29. Issue 3. Pp. 253–267. DOI: 10.3846/jcem.2023.18429Libor I., Peter D., Holešová M., Deividas N. Assesment of the possibility of foam glass application in the sub-ballast layers. Journal of Civil Engineering and Management. 2023; 29(3):253-267. DOI: 10.3846/jcem.2023.18429Chahour K., Aboutaleb D., Safi B., Mazari T., Zeghad M. Granulated foam glass based on mineral wastes used for building materials // Building Acoustics. 2017. Vol. 24. Issue 4. Pp. 281–294. DOI: 10.1177/1351010X17739434Chahour K., Aboutaleb D., Safi B., Mazari T., Zeghad M. Granulated foam glass based on mineral wastes used for building materials. Building Acoustics. 2017; 24(4):281-294. DOI: 10.1177/1351010X17739434Карпенко М.А., Тихомирова И.Н. Эффективный тепло- и звукоизоляционный материал на основе гранулированного пеностекла и минерального связующего // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31. № 3 (184). С. 43–45. EDN ZRTORH.Karpenko M.A., Tikhomirova I.N. Effective heat- and sound insulating material based on granulated foamglass and mineral binding. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2017; 31(3):43-45. EDN ZRTORH. (rus.).Krasnyuk A., Hromova O., Shcherbak A., Zibrov I. The mechanisms of formation of foam glass structure as an effective insulator for enclosing structures in architectural design of buildings and structures // Bridges and tunnels: Theory, Research, Practice. 2022. Issue 21. Pp. 44–57. DOI: 10.15802/bttrp2022/258261Krasnyuk A., Hromova O., Shcherbak A., Zibrov I. The mechanisms of formation of foam glass structure as an effective insulator for enclosing structures in architectural design of buildings and structures. Bridges and tunnels: Theory, Research, Practice. 2022; 21:44-57. DOI: 10.15802/bttrp2022/258261Модернизация технологии гранулированного пеностекла и перспективы использования материала // Нанотехнологии в строительстве : научный интернет-журнал. 2013. Т. 5. № 1. С. 64–76. EDN QABPZH.Modernization of the technology of granulated foam glass and the prospects for the use of the material. Nanotechnologies in Construction : Scientific Online Journal. 2013; 5(1):64-76. EDN QABPZH. (rus.).Žurauskienė R., Navickienė L. Foam glass granule usage in tile glue mixtures that use a reduced portland cement amount // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 3. P. 1269. DOI: 10.3390/ma16031269Žurauskienė R., Navickienė L. Foam glass granule usage in tile glue mixtures that use a reduced portland cement amount. Materials. 2023; 16(3):1269. DOI: 10.3390/ma16031269Сорокин Д.С., Береговой В.А. Искусственные пористые заполнители на основе гранулированного пеностекла // Региональная архитектура и строительство. 2015. № 2 (23). С. 78–83. EDN UBGTRL.Sorokin D.S., Beregovoy V.A. Artificial porous aggregates based on granulated foam glass. Regional Architecture and Construction. 2015; 2(23):78-83. EDN UBGTRL. (rus.).Кетов Ю.А., Словиков С.В. Синтактические полимерные композиционные материалы высоконаполненные гранулированным пеностеклом // Computational Nanotechnology. 2019. Т. 6. № 3. С. 39–46. DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-3-39-46. EDN SZDRQZ.Ketov I.A., Slovikov S.V. Syntactic poly meric composite materials highly completed with granulated foam glass Computational Nanotechnology. 2019; 6(3):39-46. DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-3-39-46 EDN SZDRQZ. (rus.).Богатова С.Н., Богатов А.Д., Аршинова Ю.Д., Пупков М.Н. Водостойкость каркасных строительных композитов на основе гранулированного пеностекла // XLVII Огарёвские чтения : мат. науч. конф. 2019. С. 119–123. EDN DMHLEL.Bogatova S.N., Bogatov A.D., Arshinova Yu.D., Pupkov M.N. Water resistance of frame building composites based on granulated foam glass. XLVII Ogaryov Readings : materials of a scientific conference. 2019; 119-123. EDN DMHLEL. (rus.).Ширяев Е.В. Экранирование испарения пролива легковоспламеняющихся жидкостей гранулированной подложкой из пеностекла // Проблемы техносферной безопасности : мат. Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. 2020. № 9. С. 73–79.Shiryaev E.V. Shielding the evaporation of a strait of flammable liquids with a granular foam glass substrate. Problems of technosphere safety : materials of the international scientific-practical conference of young scientists and specialists. 2020; 9:73-79. (rus.).Катеев Р.И., Газизов М.Г., Латыпова Д.В. Облегченный тампонажный раствор с гранулированным пеностеклом // Инженер-нефтяник. 2014. № 4. С. 5–8. EDN TDOWXN.Kateev R.I., Gazizov M.G., Latypova D.V. Lightweight grouting slurry with granulated foam glass. Petroleum En 19. Ivanov K. Use of granulated foam glass ceramics in the bases of transport facilities in the arctic. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2022; 59(1):85-91. DOI: 10.1007/s11204-022-09787-7Ivanov K. Use of granulated foam glass ceramics in the bases of transport facilities in the Arctic // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2022. Vol. 59. Issue 1. Pp. 85–91. DOI: 10.1007/s11204-022-09787-7Ivanov K. Use of granulated foam glass ceramics in the bases of transport facilities in the arctic. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2022; 59(1):85-91. DOI: 10.1007/s11204-022-09787-7Go H.W., Moon S.-Y., Kim H.S., Jang S.Y., Kang E.B., Joo J.C. Evaluation of the feasibility of foam glass as filter media in rain garden // Journal of Korean Society of Environmental Engineers. 2022. Vol. 44. Issue 12. Pp. 603–615. DOI: 10.4491/KSEE.2022.44.12.603Go H.W., Moon S.-Y., Kim H.S., Jang S.Y., Kang E.B., Joo J.C. Evaluation of the feasibility of foam glass as filter media in rain garden. Journal of Korean Society of Environmental Engineers. 2022; 44(12):603-615. DOI: 10.4491/KSEE.2022.44.12.603Коган В.Е., Згонник П.В., Ковина Д.О. Нефтесорбенты из пеностекла и кинетика нефтепоглощения // Теория и практика современной науки : мат. IX Междунар. науч.-практ. конф. 2013. С. 36–41.Kogan V.E., Zgonnik P.V., Kovina D.O. Petroleum sorbents from foam glass and oil absorption kinetics. Theory and Practice of Modern Science : materials of the IX International scientific and practical conference. 2013; 36-41. (rus.).Коган В.Е., Згонник П.В., Черняев В.А. Нефтесорбенты из пенополиуретанов и кинетика нефтепоглощения // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. № 5. С. 26–30. EDN RAFOYT.Kogan V.E., Zgonnik P.V., Chernyaev V.A. Oil sorbents from polyurethane foams and oil absorption kinetics. Actual Problems of the Humanities and Natural Sciences. 2013; 5:26-30. EDN RAFOYT. (rus.).Коган В.Е., Згонник П.В., Ковина Д.О., Черняев В.А. Использование пеностекла и полимерных материалов в качестве эффективных нефтесорбентов // Стекло и керамика. 2013. № 12. С. 3–7. EDN RPVPSX.Kogan V.E., Zgonnik P.V., Kovina D.O., Chernyaev V.A. The use of foam glass and polymeric materials as effective oil sorbents. Glass and Ceramics. 2013; 12:3-7. EDN RPVPSX. (rus.).Kogan V.E., Zgonnik P.V., Kovina D.O., Chemyaev V.A. Foam glass and polymer materials: effective oil sorbents // Glass and Ceramics. 2014. Vol. 70. Issue 11–12. Pp. 425–428. DOI: 10.1007/s10717-014-9594-1Kogan V.E., Zgonnik P.V., Kovina D.O., Chemyaev V.A. Foam glass and polymer materials: effective oil sorbents. Glass and Ceramics. 2014; 70(11-12):425-428. DOI: 10.1007/s10717-014-9594-1gineer. 2014; 4:5-8. EDN TDOWXN. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.