Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов отходами производства дисахаридов

Лупандина, Наталья Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов отходами производства дисахаридов
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов отходами производства дисахаридов"

На правах рукописи

ЛУПАНДИНА Наталья Сергеевна

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов отходами производства дисахаридов

03.02.08 - экология (в химии и нефтехимии)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 мдр Ж\1

Пенза-2012

005012342

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" на кафедре "Промышленная экология"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Свергузова Светлана Васильевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры

«Биотехнология, физическая и аналитическая химия» ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» Плохое Сергей Владимирович; доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой «Экология и охрана окружающей среды» Энгельсского технологического института (филиала) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина»

Ольшанская Любовь Николаевна

Ведущая организация - Региональный центр государственного экологического контроля и мониторинга по Пензенской области Федерального бюджетного учреждения «Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии» (РЦГЭКиМ по Пензенской области ФБУ «ГосНИИЭНП»)

Защита состоится 20 марта 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.337.02 при Пензенской государственной технологической академии по адресу: 440039, г. Пенза, пр. Байдукова / ул. Гагарина, д. 1а /11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Пензенская государственная технологическая академия".

Автореферат разослан "10" февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Яхкинд Михаил Ильич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сточные воды многих химических, нефтехимических, электрохимических и других предприятий содержат соединения тяжелых металлов, которые часто попадают в природные водоемы. Тяжелые металлы являются ядами кумулятивного, аддиативного, канцерогенного и мутагенного действия, поэтому стоки, содержащие тяжелые металлы, должны подвергаться глубокой очистке.

Традиционно очистку сточных вод от тяжелых металлов проводят реа-гентными и сорбционными способами, при этом расходуются дорогостоящие реагенты и материалы, что является нерациональным с точки зрения использования природных ресурсов.

В то же время в ряде промышленных производств образуются крупнотоннажные отходы, физико-химические свойства которых позволяют отнести их к категории перспективных для использования в процессе водоочистки. Поэтому разработка эффективных и экологически безопасных способов очистки сточных вод, содержащих соединения тяжелых металлов, с использованием промышленных отходов является актуальной задачей.

Цель работы. Установление физико-химических особенностей и оптимальных условий процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (на примере Си2+ и №2+) твердыми отходами производства дисахаридов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определить качественный и количественный состав и физико-химические свойства твердого отхода производства дисахаридов - исходного дефеката (ИД) и термически модифицированного дефеката (ТМД).

2. Выявить оптимальные параметры процесса термической модификации дефеката, обеспечивающие высокую эффективность очистки сточных вод от ионов Си2+ и №2+.

3. Оценить адсорбционно-реагентную способность термически модифицированного дефеката при различных параметрах технологического процесса.

4. Установить закономерности очистки сточных вод гальванических производств с использованием отхода производства дисахаридов - термически модифицированного дефеката.

5. Разработать технологические рекомендации и схему процесса очистки сточных вод гальванических производств от ионов Си2+ и №2+.

6. Разработать способ утилизации образующегося осадка.

Научная новизна работы:

1. Впервые теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность использования отхода производства дисахаридов - дефеката для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанная на протекании сорб-ционно-реагентных и коллоидных процессов.

2. Выявлена взаимосвязь между условиями термообработки дефеката, удельной поверхностью, рН водной среды, физико-химическими, сорбционны-

ми и реагентными свойствами модифицированного дефеката, заключающимися в образовании сорбционно-активного углеродного слоя на поверхности частиц дефеката в процессе термообработки, возрастании дисперсности и удельной поверхности дефеката.

3. Предложен механизм и определены кинетические закономерности снижения концентрации ионов металлов в растворе при очистке стоков термически модифицированным дефекатом, заключающиеся в реагентно-сорбционном и коллоидном взаимодействии и сопровождающийся повышением рН среды и образованием малорастворимых осадков. Рассчитаны термодинамические параметры изотерм адсорбции, которые подтверждают специфическую природу адсорбции ионов металлов на поверхности модифицированного дефеката.

4. Получены регрессионные уравнения, адекватно описывающие процессы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Установлена многофакторная зависимость эффективности очистки от длительности термической обработки исходного дефеката, продолжительности контакта со сточными водами, температуры термической обработки исходного дефеката, массы добавки термически модифицированного дефеката.

Научная новизна полученных результатов подтверждена патентом РФ на изобретение № 2416573 "Способ очистки сточных вод".

Практическая значимость работы:

1. Предложена технология очистки сточных вод с использованием термически модифицированного дефеката, сопоставимая с традиционно используемыми реагентными и сорбционными методами. Показано, что степень очистки при использовании термически модифицированного дефеката составляет 95 % для ионов Си2+ и 98 % - для ионов №\

2. Установлены оптимальные технологические параметры процесса очистки сточных вод от ионов Си2+ и №\ а именно температура термической обработки исходного дефеката - 600 °С, время термической обработки - 30 минут, длительность взаимодействия со сточными водами - 25 минут, масса добавки термически модифицированного дефеката - 2 г/л.

3. Предложены рекомендации по использованию осадков, полученных в результате очистки сточных вод отходом производства дисахаридов, в качестве порообразующей добавки при производстве керамических изделий.

Внедрение результатов исследований: Результаты работы нашли применение для совершенствования существующих очистных систем и технологий очистки сточных вод гальванических производств ООО "Завод-Новатор" (г. Белгород) и в учебном процессе БГТУ им. В.Г. Шухова при чтении лекций по дисциплинам: "Промышленная экология", "Техника защиты окружающей среды", в курсовом и дипломном проектировании, что подтверждено актами, приложенными к диссертации.

Достоверность полученных результатов: обеспечивается применением апробированных экспериментальных методик и метрологическими характеристиками поверенных измерительных приборов, а также корректной оценкой по-

грешности экспериментальных данных и их удовлетворительным совпадением с производственными результатами.

Личный вклад автора: состоит в проведении экспериментальных исследований, обработке, интерпретации и обобщении полученных результатов, а также в формулировке выводов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Взаимосвязь между условиями термообработки дефеката, его удельной поверхностью, рН водной среды, физико-химическими, сорбционными и реа-гентными свойствами модифицированного дефеката при очистке сточных вод, заключающимися в образовании сорбционно-активного углеродного слоя на поверхности частиц дефеката в процессе термообработки, возрастании дисперсности и удельной поверхности дефеката.

2. Механизм и кинетические закономерности снижения концентрации ионов металлов в растворе при очистке стоков термически модифицированным дефекатом, заключающиеся в протекании реагентно-сорбционного и коллоидного взаимодействия и сопровождающиеся повышением рН среды и образованием малорастворимых осадков. Термодинамические параметры изотерм адсорбции, которые подтверждают специфическую природу адсорбции ионов металлов на поверхности модифицированного дефеката.

3. Регрессионные уравнения, адекватно описывающие процессы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Многофакторная зависимость эффективности очистки от длительности термической обработки исходного дефеката, продолжительности контакта со сточными водами, температуры термической обработки исходного дефеката, массы добавки термически модифицированного дефеката.

4. Технология очистки сточных вод с использованием термически модифицированного дефеката, позволяющая достигать эффективности очистки, сопоставимой с традиционно используемыми реагентными и сорбционными методами.

5. Рекомендации по использованию осадков, полученных в результате очистки сточных вод отходом производства дисахаридов в качестве порообразую-щей добавки при производстве керамических изделий.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных и российских конференциях: "Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення" (Алушта, 2009); "Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровье человека, утилизация отходов" (Харьков, 2009); "Ре-сурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр" (Таллин, 2009); "Экологические проблемы окружающей среды, пути и методы их решения" (Тула, 2009); "Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности регионов" (Харьков, 2009); "Вода, экология, общество" (Харьков, 2010); "Коммунальное хозяйство городов" (Киев, 2010); "Безпека людини у сучасних умовах" (Харьков, 2009, 2011); "Геосистемы: факторы развития, рациональное природопользование, методы управления" (Краснодар, 2011).

Публикации. Основные положения работы изложены в 15 публикациях, в том числе в 3 статьях в рецензируемых научных журналах перечня ВАК, 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 151 странице основного текста, включает 28 таблиц, 47 рисунков и фотографий, список литературы содержит 152 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, направленных на решение проблемы очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов, изложены научные и практические результаты, положения, выносимые на защиту.

В главе 1 рассмотрены проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, поступающими в окружающую среду, в том числе со сточными водами предприятий Белгородской области.

Рассмотрены основные методы очистки сточных вод от тяжелых металлов, оценены преимущества и недостатки существующих способов очистки. Обоснована необходимость разработки альтернативных способов очистки с использованием твердых отходов производств. Проанализированы данные по основным характеристикам ряда адсорбционных материалов, применяемых для очистки стоков от ионов тяжелых металлов. Показаны перспективы использования отхода производства дисахаридов для очистки сточных вод от тяжелых металлов.

Во 2 главе дана характеристика объектов и методов исследования.

В ходе исследований использовали реактивы марок "х.ч." (химически чистый) и "ч.д.а." (чистый для анализа).

Описаны методы исследований физико-химических свойств термически модифицированного дефеката, методики оценки очистки эффективности модельных растворов и производственных сточных вод.

Для обоснования механизма протекающих в системах процессов и установления состава образующихся продуктов реакций были использованы взаимодополняющие независимые физические и физико-химические методы исследования: РФА, электронная микроскопия, фотоколориметрия, гранулометрический анализ, оптическая микроскопия, дифференциально-термический анализ, УК-спектрометрия, методы математической статистики и планирование эксперимента.

Объектами исследований были: модельные растворы, состоящие из дистиллированной воды, содержащей ионы Си2+ и №2+ в концентрациях 10 и 30 мг/л, сточные воды ООО "Завод-Новатор", отход производства дисахаридов - дефекат Дмитротарановского сахарного завода. Химический состав сточных вод ООО "Завод-Новатор" представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав сточных вод, поступающих на очистные сооружения ООО "Завод-Новатор"

Определяемый ингредиент Единица измерения Концентрация загрязняющих веществ

до очистки после очистки

Температура °С 18,0-20,0 20-25

РН - 6,2 8,2

Сульфаты мг/дм3 402,5 71,3

Сухой остаток мг/дм"1 3000 508

Взвешенные вещества мг/дм3 930 930

Никель (№2+) мг/дм3 23 0,3

Медь (Си"") мг/дм 12 0,1

Исходный дефекат представляет собой рассыпчатую массу коричневого цвета. Основными компонентами химического состава ИД являются: углекислый кальций - 75,1 %, пектиновые вещества - 1,7 %, безазотистые органические вещества - 9,5 %, азотистые органические вещества - 5,9 %, сахар -2%, кальциевые соли органических кислот - 2,8 %, минеральные вещества - 3 %. Поскольку в состав дефеката входят органические примеси, то при определенных условиях термообработки можно провести процесс сгорания органических веществ не до конечных продуктов - С02, Н20 и Ы02, а до стадии обугливания и получения частичек углерода, осевших на поверхности СаС03, при этом образуется термически модифицированный дефекат, обладающий высокими адсорбционными свойствами. Было высказано предположение, что полученный термически модифицированный дефекат также должен проявлять свойства сорбента и его можно будет использовать для очистки сточных вод.

Проведены исследования физических и физико-химических свойств исходного и термически модифицированного дефеката (табл. 2), состав и структура которых указывают на возможность использования их для очистки сточных вод.

Таблица 2

Физико-химические характеристики исходного и модифицированного дефеката

Характеристика Единица измерения Исходный дефекат Термически модифицированный дефекат

Насыпная плотность кг/м3 1240 1320

Истинная плотность кг/м3 2710 2720

Гигроскопическая влага % 38,28 1,5

Потери при прокаливании % 37,2 32,3

Водопоглощение % 70 71,2

рН водной вытяжки - 8,79 10,3

Содержание СаСОз % 61 до 95

Содержание органических веществ % до 20 —

Содержание СаО % отс. до 5,0

Содержание углерода % отс. 0,05

Как показали результаты гранулометрического анализа, основная масса частиц исходного дефеката имеет размер от 10 до 30 мкм, а частиц термически модифицированного дефеката 5-15 мкм, т.е. при термообработке повышается дисперсность и удельная поверхность исходных частиц вследствие разрушения исходных агрегатов из-за возникающих механических напряжений при паро- и газообразовании в процессе обжига ИД (табл. 3).

Таблица 3

Изменение 5 дефеката с повышением температуры обжига

Температура обжига, °С Зуд, м2/г

Необожженный 54

560 71

580 72

600 73

620 74

700 76

800 79

900 83

Результаты РФА свидетельствуют о присутствии углерода в составе термического дефеката, который образуется при обугливании органических веществ, содержащихся в ИД. Обнаруженный углерод подобен по структуре активированному углю марки КАД. Для уточнения температурного интервала сгорания углеродного слоя на ТМД проводился термогравиметрический анализ, результаты которого представлены на рис. 1 и показывают, что сгорание углерода происходит в интервале температур от 615 до 700 °С. Поэтому оптимальной температурой обжига, при которой не происходит выгорание углерода, следует считать 600 °С.

Рис. 1. Деривате грамма исходного дефеката: ДТ0 - дифференциально-термогравиметрическая кривая, показывающая, в каком интервале температур происходит максимальное падение веса; ДТА - кривая дифференциально-термического анализа, показывающая, на каких участках происходит поглощение или выделение теплоты

Микроструктурные исследования термически модифицированного дефе-ката (рис. 2) показали, что частицы обожженного дефеката обладают рыхлой поверхностью с частичной деформацией исходной структуры, что способствует увеличению сорбционной поверхности.

Исследования пористой структуры ТМД, проведенные по методу БЭТ, с использованием автоматизированной сорбционной установки ТпБ1аг II 3020 позволили определить суммарный объем пор, составляющий 0,41 см3/г, в котором на долю макропор приходится около 96 %.

Таким образом, были определены физико-химические свойства и температурные режимы для обработки исходного дефеката, которые позволяют его использовать в процессе очистки сточных вод от тяжелых металлов.

В главе 3 представлены результаты экспериментов и их обсуждение.

Поскольку в процессе обжига ИД происходит обугливание органических остатков, образование слоя углерода на поверхности СаСОэ, а также разложение солей органических кислот, входящих в состав ИД и частичная диссоциация СаС03, было исследовано влияние температуры обжига (?обж) ИД на эффективность очистки модельных растворов. Результаты, представленные на рис. 3, показывают, что с ростом температуры обжига дефеката величина рН водной вытяжки увеличивается, что происходит вследствие образования гидроксида кальция в растворе.

Образующийся оксид кальция подщелачивает водный раствор, что способствует повышению эффективности очистки сточных вод за счет образования малорастворимых гидроксидов металлов.

бх 10000

а х 1000

Рис. 2. Микроструктура термически модифицированного при 600 °С дефеката (а) и углерода, отделенного от его поверхности (б)

1 о

1Ю.5

0,5

1 1.5 2 2,5

--обжиг при 500 —■--обжиг при 600

-А—-обжиг при 700 -—- обжиг при 800

Рис. 3. Зависимость рН водной вытяжки от температуры обжига дефеката

Для определения сорбционной способности углеродсодержащего соединения, полученного в процессе термической обработки, углерод, отделенный от карбонатной подложки путем обработки соляной кислотой, подвергали ИК-спектометрии.

Анализ ИК-спектра углерода (рис. 4) показал наличие двойных углеродных связей типа =С=С=. В этом случае извлечение металлов может происходить путем хемосорбции по месту разрыва двойных связей.

Рис. 4. Спектр ИК-области УТД

Для исследования процесса адсорбционного взаимодействия были построены изотермы адсорбции-десорбции для ионов Си2+ и №2+ (рис. 5).

I десорбции

а б

Рис. 5. Изотермы адсорбции-десорбции: а) ионов б) ионов Си2 + на поверхности ТМД (I = 20 °С)

Полученные данные позволяют сделать вывод, что адсорбция ионов металлов носит мономолекулярный характер. Десорбция протекает с низкими скоростями и в незначительной степени, что свидетельствует о природе адсорбции, близкой к химической. Расчеты энергии адсорбции, выполненные графическим ме-

тодом, составили для никеля 58,2 кДж/моль, а для меди - 55,7 кДж/моль, что характерно для специфического адсорбционного взаимодействия.

В соответствии с теорией многослойной и полимолекулярной адсорбции БЭТ в поры адсорбента более эффективно и глубоко проникают ионы с меньшими радиусами, чем можно объяснять более высокую эффективность (98 %) очистки для ионов №2+ (радиус ионов 78 пм) по сравнению с эффективностью очистки (95 %) для ионов Си2+ (радиус ионов 96 пм).

На рис. 6-9 представлены результаты исследования влияния различных факторов на эффективность очистки модельных растворов от ионов Си2+ и №2+: от дисперсности адсорбента-реагента, массы добавки ТМД600, длительности контакта взаимодействующих веществ, температуры реакционной среды, температуры обжига ИД.

Рис. 6. Зависимость эффективности очистки от размера частиц сорбентов, масса сорбента 1 г/100 мл

Рис. 7. Зависимость эффективности очистки от массы добавляемого ТМДбоо

Рис. 8. Зависимость эффективности очистки модельных сточных вод, содержащих ионы никеля (а) и ионы меди (б), от времени контакта сорбента с водой

По-видимому, при использовании термического дефеката, обожженного при 600 °С, важную роль играет адсорбция, которая зависит от количества углерода на поверхности термически модифицированного дефеката и удельной поверхности частиц. На рис. 9 представлены сравнительные данные по эффективности очистки модельного никельсодержащего раствора различными сорбентами и реагентами.

—-ТД -»--ид

—*—-Оксид кальция —■—■ -Гидроксид калымя

—*— -кед

Рис. 9. Сравнительная эффективность очистки растворов, содержащих ионы никеля, при добавлении различных чистящих реагентов (V = 100 мл, т = 15мин, I = 20 °С)

Аналогичная зависимость наблюдается и для медьсодержащих растворов. При использовании для очистки термически модифицированного дефеката, обожженного при 900 °С, масса добавки значительно выше. Следовательно, эффективность очистки при добавке одинаковых масс ТМД600 и дефеката, обожженного при 900 °С, у ТМД90(1 ниже. Из представленных результатов можно сделать вывод, что полученный дефекат, обожженный при 600 °С, обладает высокой степенью очистки, близкой по значению с очисткой при помощи КАД. Вероятно, это объясняется тем, что в дефекате, обожженном при 900 °С, углеродный слой отсутствует, очистка протекает только по реагентному механизму и эффективность очистки снижается:

Ме2+ + 2 ОН" -> Ме(ОН)2 |

где Ме2+ - ионы №2+, Си2+.

В ходе экспериментов максимальная эффективность очистки при использовании термически модифицированного дефеката, обожженного при 600 °С, наблюдалась при массе добавки 0,2 г /100 мл раствора, длительности перемешивания 25 мин и температуре водной среды 20 °С. При использовании термически модифицированного дефеката обожженного при 900 °С, масса увеличивается до 0,65 г /100 мл раствора при одинаковой эффективности очистки.

Для уточнения механизма очистки растворов было исследовано изменение ¿¡-потенциала поверхности модифицированного дефеката в растворе, содержащем ионы №2+, Си2+ (рис. 10).

Выявлено, что в кислых средах с рН < 6,8 поверхность частиц исходного дефеката и дефеката, обожженного при температуре 600 °С, имеет положительный С, -потенциал, величина которого снижается с ростом рН и достигает нуля при рН = 6,8. Это можно объяснить увеличением концентрации ионов ОН" в растворе и повышением их доли в диффузионном слое вокруг частиц дефеката. При этом происходит полная нейтрализация заряда частиц дефеката и коагуляция частиц.

4 5 6 7 8 9 Условные обозначения:

9 РН

—♦—ИД -Т*-ТД600

Рис. 10. Кинетика изменения величины ¿¡-потенциала поверхности частиц дефеката при изменении рН среды

Дальнейшее повышение рН среды более 6,8 способствует возникновению отрицательного £ -потенциала на поверхности частиц дефеката, обусловленному накоплением концентрации ОН" ионов в растворе. Это должно оказывать благоприятное воздействие на процесс очистки стоков от положительно заряженных катионов тяжелых металлов.

С целью определения оптимальных параметров процесса очистки сточных вод был проведен многофакторный эксперимент. Для математического описания процесса был реализован план второго порядка.

В качестве независимых переменных были выбраны: расход ТМД (т, г/л -л^), продолжительность термообработки ИД (т, мин - х2), время взаимодействия (Т, мин -х,) и температура термической обработки, (/, °С - *4), 7- эффективность очистки.

Получены уравнения регрессии, адекватно описывающее процесс очистки сточных вод от каждого из ионов (рис. 11):

= 82,59 + 2,86х, -0,21 *2 + 1,72х3 + 10,24- 1,83 л:,2- 1,73х,2- 1,53х* + + 7,18 х42 - 0,09 х{х2 - 0,64 + 0,52 - 0,51 х#ъ - 0,43х2х4 + 0,38 х^х4; 7(Сц) = 75,54 + 2,62 х, - 1,84 х2 + 2,90 х3 + 10,06 *4 - 0,43 х,2 - 1,35 х22 - 3,46 х32 + + 9,11 х42 - 0,31 х(х2 + 0,06 дг^з + 1,51 х1х4 + 0,98 дус3 - 0,12 дус4 + 0,90 х^.

Результаты анализа уравнений регрессии показывают, что эффективность очистки 99 % достигается при следующих параметрах: т = 2 г/л; т = 30 мин; Г =25 мин;/ = 600 °С.

На основе полученных результатов можно сделать вывод, что очистка модельных растворов одновременно может протекать по адсорбционному, коа-гуляционному и реагентному механизмам:

а) адсорбционный механизм:

№

СиОН

кюн

б) реагентный механизм:

Ме2+ + 20Н" Ме(ОН)2 4 2 Ме2+ + 20Н" + А2"-> (МеОН)2А где Ме2+ - ионы №+, Си2+, А2" - анионы.

в) коагуляция. Вследствие процессов гидролиза ионов металлов, протекающих при повышении рН среды, в растворе происходит образование частиц типа МеОН+; [Ме(Н20)4]2+; [Ме(Н20)6]2+, что способствует повышению эффективности очистки растворов.

ТвЛ"1ерагура1 ос

Рис. 11. Поверхности отклика в координатах: У-Х1-Х2 при фиксированных параметрах: а) для ионов №2+, б) для ионов Си2+

1,8 2,0 Масса, г

Подтверждением реагентного механизма очистки являются результаты энергодисперсионного и рентгенофазового анализов (рис. 12), в ходе которых в осадках водоочистки были обнаружены соединения №2+ и Си2+.

Таким образом, на основании проведенных исследований были определены оптимальные параметры проведения процесса для достижения максимальной эффективности очистки. Полученные результаты подтверждают предполагаемый механизм очистки.

450

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

Масса,г

Рис. 12. Обнаружение соединений никеля и меди в осадке: а) энергодисперсионный спектр, б) результаты рентгенофазового анализа осадка водоочистки

В главе 4 представлены данные по очистке реальных стоков ООО "Завод-Новатор", с применением термически модифицированного дефеката (табл. 4). При применении существующих на данном предприятии методов очистки эффективность очистки по медьсодержащим сточным водам не превышает 82 %, по никельсодержащим водам - 85 %.

Таблица 4

Данные испытаний лаборатории очистных сооружений ООО "Завод-Новатор"

Ингредиент Начальная кон- Конечная кон- Степень

центрация, мг/л центрация, мг/л очистки, %

Ионы никеля (N12+) 0,3 0,001 99,7

Ионы меди (Си 2+) 0,1 0,003 97

ХПК 324,2 96,4 70,3

Сульфаты 427,0 5,68 98,7

Жиры 1,6 0,40 75

Взвешенные вещества 962,3 362,7 62,3

Нефтепродукты 11,6 3,92 66,2

СПАВ 1,5 0,39 74

Поскольку термически модифицированный дефекат является многофункциональной системой, то в результате его применения для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов происходит удаление и ряда других загрязняющих веществ (синтетические поверхностно активные вещества, нефтепродукты, взвешенные вещества и др.), эффективность очистки которых составляет от 62,2 до 99,7 %.

На основании проведенных исследований предложены следующие технологические рекомендации, применение которых позволит получить адсорбент-реагент, обеспечивающий высокое качество при очистке стоков от ионов тяжелых металлов: температура термической обработки исходного дефеката - 600 °С, время термической обработки исходного дефеката - 30 мин, масса добавки термически модифицированного дефеката - 2 г/л, длительность взаимодействия со сточными водами - 25 мин. Предложена технологическая схема разработанного процесса (рис. 13) с основными сведениями о ее аппаратурном оформлении.

2 1 Исходный

На утилизацию

Рис. 13. Принципиальная схема установки для очистки сточных вод с помощью ТМД: 1 - сушилка; 2 - обжиговая печь; 3 - бункер для ТМД; 4 - усреднитель сточных вод;

5 - ленточный конвейер; 6 - смеситель; 7- насос, 8 - вертикальный отстойник;

9 - шламонакопитель; 10- вакуум-пресс

Исходный дефекат просушивается в сушилке 1, после чего подвергается термической обработке в печи 2 и направляется в приемный бункер 3. Далее термически модифицированный дефекат при помощи ленточного конвейера 5 подается в смеситель 6. Образующиеся кислотные стоки из усреднителя 4 также подаются в смеситель. Сточные воды с температурой 20 ± 3,0 °С перемешиваются в смесителе в течение 25 мин с термически модифицированным дефекатом, после чего полученная суспензия направляется в вертикальный отстойник 8, где происходит отделение очищенной воды от осадка седиментацией. Очищенная сточная вода поступает на поля фильтрации, а осадок водоочистки на-

правляется в шламонакопитель 9. Из шламонакопителя осадок попадает на вакуум-пресс 10, а затем на утилизацию.

С целью переработки осадка и предотвращения изъятия сельскохозяйственных земель из посевного оборота под полигон для хранения отходов исследовалась возможность использования осадка водоочистки в качестве порообра-зующей добавки в сырьевую смесь для производства керамических изделий.

Анализ влияния на прочностные характеристики керамических изделий добавки осадка к сырьевой смеси показал, что полученные образцы обладают сравнительно высокой прочностью при сжатии, имеют достаточно низкую удельную плотность (рис. 14), что соответствует характеристикам керамических изделий, используемых для внутренней отделки.

О 5 1 0 1 5 2 0 2 5 30 3 5 40 45 50

Количество шлама вод оо чистки. %

Колтесгвоосаака водоочі*:ткц%

Рис. 14. Зависимость предела прочности при сжатии (а) и удельной плотности (б) керамических изделий от количества добавляемого осадка

Одной из важнейших характеристик керамических изделий является их водопоглощение. Зависимость водопоглощения образцов от массовой доли осадка водоочистки в сырьевой смеси исследовали путем взвешивания сухого образца и образца после нахождения в жидкости в течение 24 часов. Результаты экспериментов представлены в табл. 5.

Таблица 5

Водопоглощение образцов керамических изделий с различными добавками осадка водоочистки

Количество добавляемого осадка водоочистки, % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Водопоглощение, % 11,2 11,6 11,7 12,4 12,9 13,1 13,6 13,8 14,1 14,3 14,7

Как видно из полученных результатов, при увеличении массовой доли добавляемого осадка водоочистки водопоглощение образцов повышается, что можно объяснить увеличением порообразования. Эти результаты хорошо согласуются с данными по снижению удельной плотности образцов. Увеличение порообразования наблюдается также на микрофотографиях (рис. 15).

шш щшщ

ШВЯИШН ВШЗШШИШМши

а б

Рис. 15. Микрофотографии полученных образцов: а) контрольный образец, б) образец, содержащий 15% осадка водоочистки

При сравнении видно, что при добавлении небольших количеств осадков сточных вод («15 %) происходит образование незначительного количества пустот в глинистой породе, а при увеличении концентрации осадка сточных вод до 20 % наблюдается увеличение стекломассы на поверхности частиц глинистого тела, что отрицательно сказывается на процессе образования сферических пор, а следовательно, и на качестве полученной керамики.

Анализируя полученные экспериментальные данные, можно сделать вывод о том, что с увеличением содержания осадка после очистки сточных вод, содержащего ионы №2+ и Си2+, прочность изделий до 15 % добавки незначительно увеличивается, затем падает, уменьшается удельная плотность, а водо-поглощение остаётся в среднем постоянным. Оптимальной является добавка в количестве 15 % от массы сырья.

В главе 5 приведен эколого-экономический анализ предлагаемой схемы использования отходов сахарного производства в водоочистке и утилизации осадка водоочистки, на основании которого сделаны выводы об экономической и технической целесообразности внедрения предложенных мероприятий по очистке сточной воды на ООО "Завод-Новатор", г. Белгород. При этом сумма капитальных вложений при внедрении нового метода составит 790 600 руб., предотвращенный ущерб от загрязнения водного бассейна составляет 2 282 173 руб./год, предотвращённый экологический ущерб от загрязнения окружающей среды твёрдыми отходами (осадок сточных вод) составляет 228 640 руб./г.

Основные выводы

1. Определены качественные и количественные физико-химические свойства исходного и термически модифицированного дефеката. Доказана возможность использования модифицированного дефеката, основывающаяся на протекании процессов образования углеродного слоя на поверхности частиц ТМД и оксида кальция при разложении карбоновых солей органических кислот в процессе термической обработки ИД. Выявлено, что углерод, образующийся в процессе обжига ИД, по структуре подобен активированному углю марки КАД и содержит двойные ненасыщенные связи. Дисперсность частиц ИД после термообработки увеличивается в 2 раза, сорбционная емкость по ионам никеля увеличивается на 88 %, по ионам меди - на 82 %.

2. Выявлены оптимальные параметры процесса термической обработки, позволяющие достигать максимальной эффективности очистки. Максимальная эффективность очистки достигается при температуре термической обработки исходного дефеката - 600 °С, времени термической обработки исходного дефе-ката - 30 мин, масса добавки термически модифицированного дефеката - 2 г/л, длительность взаимодействия со сточными водами - 25 мин.

3. Получены новые научные данные о взаимосвязи кинетических, сорб-ционных и структурных превращений, сопровождающих процесс очистки сточных вод от ионов ЫРи Си2+ ТМД, заключающейся в протекании процессов адсорбции на поверхности углерода и карбоната кальция, гидролиза ионов №+и Си2+ и коагуляции взвешенных частиц, а также образовании малорастворимых соединений ТМ при повышении рН среды в процессе очистки. Достигаемая при этом эффективность очистки составляет для медьсодержащих растворов — 95 %, для никельсодержащих растворов - 98 %.

4. Исследованы и экспериментально доказаны реагентно-сорбционный, коагуляционный и реагентный механизмы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, подтверждаемые данными рентгенофазового и энергодисперсионного анализов осадка водоочистки. Установлено, что удаление ионов тяжелых металлов происходит в результате адсорбции и соосаждения их гид-роксидов и малорастворимых основных солей. Полнота процесса зависит от рН сточных вод, адсорбционной активности модифицированного дефеката и физико-химических свойств самих металлов.

5. Разработаны технологическая схема установки для очистки сточных вод и технологические рекомендации. Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процессы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Оптимальными технологическими условиями процесса, позволяющими достигать 99 % очистки от ионов тяжелых металлов, являются: температура термообработки — 600 °С, время взаимодействия — 25 минут, время термической обработки ИД - 30 минут, масса добавки - 2 г/л.

6. Разработаны технологические рекомендации по утилизации осадка водоочистки в качестве упрочняющей добавки в сырьевую смесь для производства керамических изделий. Установлено, что при добавке осадков водоочистки в количестве до 15 % от массы глиняной смеси качество керамических изделий соответствует требованиям, предъявляемым к изделиям дня внутренней и декоративной отделки.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

Публикации в журналах из перечня ВАК

1. Лупандина, Н.С. Использование производственных отходов для очистки сточных вод / Н.С. Лупандина, Н.Ю. Кирюшина, Ж.А. Свергузова, Д.А. Ельников // Экология и промышленность России. - 2010. - № 5 - С. 38 - 41.

2. Лупандина, Н.С. Утилизация осадков водоочистки в производстве керамических изделий / Н.С. Лупандина, Ж.А. Свергузова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова-2012,-№ 1 - С. 153 - 157.

3. Свергузова, Ж.А. Повышение качества воды водных объектов как фактор повышения экологической безопасности / Ж.А. Свергузова, Н.С. Лупанди-на // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова - 2012. - № 1 - С. 136 - 139.

Патенты

4. Патент № 2416573 Российская Федерация. Способ очистки сточных вод СІ от 23.11.2009 / C.B. Свергузова, Г.И. Тарасова, Ж.А. Свергузова, Д.А. Ельников, Н.С. Лупандина, Ю.Н. Малахатка; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Белгородский государственный технологический университет". -№ 2009143278/05; заявл. 23.11.2009; опубл. 20.04.2011, Бюл. № 11.

Публикации в других изданиях

5. Лупандина, Н.С. Использование термически модифицированного де-феката для очистки сточных вод / Н.С. Лупандина, C.B. Свергузова // Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення : Збірник наукових статей V Міжнародна науково-практична конференція. - Алушта, 2009. - T. II. - С. 43 - 45.

6. Лупандина, Н.С. Загрязнение водных объектов соединениями тяжелых металлов и возможные пути очистки стоков / Н.С. Лупандина, C.B. Свергузова // Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровье человека, утилизация отходов : Сборник научных статей XVII Международной научно-практической конференции. - Харьков, 2009. - С. 204 - 206.

7. Лупандина, Н.С. Использование термически модифицированного де-феката для очистки сточных вод / Н.С. Лупандина, C.B. Свергузова // Ресурсо-воспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр : Материалы VIII Международной конференции. - Таллинн, 2009. - С. 360 - 361.

8. Лупандина, Н.С. Использование отхода сахарной промышленности для очистки сточных вод / Н.С. Лупандина, Ж.А. Свергузова // Экологические проблемы окружающей среды, пути и методы их решения : Доклады всероссийской научно-технической конференции. - Тула, 2009. - С. 28 - 29.

9. Лупандина, Н.С. Очистка растворов тяжелых металлов отходами сахарной промышленности / Н.С. Лупандина // Безпека людини у сучасних умовах : Матеріали статей Міжнародної науково-методичноі конференції. -Харьків, 2009. -С. 48 - 50.

10. Лупандина, Н.С. Альтернативный способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Н.С. Лупандина // Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности регионов : Материалы IV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых. - Харьков, 2009. -С. 17-20.

11. Лупандина, Н.С. Исследования по очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов / Н.С. Лупандина // Вода, экология, общество : Материалы III Международной научно-практической конференции. - Харьков, 2010. - С. 109 - 111.

12. Лупандина, Н.С. Проведение исследований по очистке сточных вод от тяжелых металлов / Н.С. Лупандина // Коммунальное хозяйство городов : Научно-технический сборник. - Киев, 2010. - С. 142 - 146.

13. Лупандина, Н.С. Использование сатурационного осадка производства сахара дня очистки растворов от ионов меди / Н.С. Лупандина, Ж.А. Свергузо-ва // Геосистемы: факторы развития, рациональное природопользование, методы управления : Сборник научных статей по материалам II Международной научно-практической конференции. - Краснодар, 2011. - С. 303 - 304.

14. Свергузова, Ж.А. Теплоизоляционный материал из шлама водоочистки / Ж.А. Свергузова, Н.С. Лупандина // Геосистемы: факторы развития, рациональное природопользование, методы управления : Сборник научных статей по материалам II Международной научно-практической конференции. - Краснодар, 2011.-С. 341.

15. Лупандина, Н.С. Удаление ионов никеля и меди из водных сред / Н.С. Лупандина, Ж.А. Свергузова // Безпека людини у сучасних умовах : Матеріали статей Міжнародної науково-методичноі конференції. — Харьків, 2011. - С. 86 - 88.

ЛУПАНДИНА Наталья Сергеевна

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов отходами производства дисахаридов

03.02.08 - экология (в химии и нефтехимии)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Редактор Л.Ю. Горюнова Компьютерная верстка Д.Б. Фатеева, Е.В. Рязановой

Сдано в производство 09.02.12. Формат 60x84 '/)6 Бумага типогр. №1. Печать трафаретная. Шрифт Times New Roman Cyr. Усл. печ. л. 1,28. Уч.-изд. л. 1,29. Заказ № 2116. Тираж 100.

Пензенская государственная технологическая академия. 440605, Россия, г. Пенза, пр. Байдукова/ ул. Гагарина, 1а/11.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Лупандина, Наталья Сергеевна, Белгород

61 12-5/1909

ФГБОУ ВПО «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В. Г. ШУХОВА»

На правах рукописи

ЛУПАНДИНА Наталья Сергеевна

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА ДИСАХАРИДОВ

Специальность 03.02.08 - экология (в химии и нефтехимии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Свергузова С.В.

БЕЛГОРОД-2012

Сокращения, наиболее часто встречающиеся в диссертации:

СВ - сточные воды;

ТМ - тяжелые металлы;

ПДК - предельно-допустимая концентрация;

ИЗВ - индекс загрязненности воды;

ИД - исходный дефекат;

ТМД - термически модифицированный дефекат;

УТД - углерод, смытый с поверхности модифицированного дефеката; РФА - рентгенофазовый анализ; ДТА - дериватографический анализ; МГ - метиленовый голубой;

СПАВ - синтетические поверхностно-активные вещества.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Литературный обзор I \

1.1. Экологическое состояние водных ресурсов в России

и во всем мире 11

1.2. Характеристика наблюдательной сети за количественными и качественными показателями водных объектов, состоянием в Белгородской области 14

1.3. Аналитический контроль сточных вод предприятий

1.4. Мониторинг водных объектов ¡7

1.5. Соединения меди и никеля в водных системах 21

1.5.1 Токсикологические свойства ионов меди и никеля 23

1.6. Существующие методы очистки сточных вод 27

1.6.1. Реагентный метод 27

1.6.2. Биохимический метод 30

1.6.3. Электрохимические методы 31

1.6.4. Мембранные методы 36

1.6.5. Метод ионного обмена 37

1.6.6. Комбинированные методы 3 д

1.6.7. Адсорбционный метод 39

1.7. Основы теории сорбции 50

1.8. Выводы к литературному обзору 59 2. Объекты и методы исследований 61 2.1. Объекты исследования 61 2.1.1. Образование дефеката при производстве дисахаридов 61

2.1.2 Получение термически модифицированного дефеката 62

2.1.3. Процессы, протекающие при добавлении термически модифицированного дефеката в водные среды

2.1.4. Влияние температуры обжига на размер частиц и величину

удельной поверхности дефеката 67

2.1.5. Влияние температуры обжига на минералогический состав термически модифицированного дефеката

2.1.6. Влияние температуры обжига дефеката на электропроводность водной вытяжки

2.1.7. Термогравиметрические исследования 71

2.1.8. Исследования углерода в инфракрасном спектре 73

2.1.9. Электрокинетические свойства частиц дефеката 74

2.1.10. Исследование пористой структуры термически модифицированного дефеката

2.1.11. Исследование микроструктуры полученных сорбентов § у

2.1.12. Физико-химические характеристики исходного дефеката §2

2.1.13. Сточные воды ООО «Завод-Новатор» 33

2.2. Методы исследований §4

2.3. Выводы к главе 2 94

3. Определение оптимальных условий водоочистки 95

3 • 1 • Влияние технологических факторов на эффективность очистки 95

3 • 1 • ^ Зависимость эффективности очистки от массы сорбента 95

3.1.2. Зависимость эффективности очистки сточных вод от размера

частиц и вида сорбентов

3.1.3. Влияние температуры обжига на эффективность очистки 97

3.1.4. Определение рациональной длительности термической обработки ИД

3.1.5. Роль углерода в процессе очистки модельных растворов \ о \

3.1.6. Зависимость эффективности очистки сточных вод от длительности взаимодействия сорбента со сточными водами

3.1.7. Сравнение эффективности очистки модельных растворов различными сорбентами и реагентами

3.1.8. Адсорбционные исследования \ 05

102

103

112

3.1.9. Оценка энергии сорбционного взаимодействия ^^

3.2. Предполагаемый механизм очистки цо

3.3. Исследование комплексного влияния различных технологических факторов на эффективность очистки

3.4. Выводы главе 3 ц4

4. Разработка технологии очистки и утилизации осадков ^^ водоочистки

4.1. Исследование процесса очистки в реальных производственных ^ ^ условиях

4.2. Разработка предполагаемой технологической схемы процесса

117

очистки сточных вод

4.3. Исследование возможности утилизации осадка водоочистки в качестве порообразующей добавки для производства \ 1 § керамических изделий

4.4. Оценка экологической опасности керамических изделий с добавкой осадка водоочистки

4.5. Определение токсичности вод методом биотестирования ¡26

4.6. Выводы к главе 4 126

5. Расчет предотвращенного экологического ущерб 127

5.1. Расчет капитальных затрат на внедрение сорбционного метода ¡27

5.2. Определение себестоимости продукта 129

5.3. Расчет предотвращенного экономического ущерба от загрязнения водохозяйственного участка

5.4. Расчет экономической эффективности комплекса водоохранных мероприятий

Выводы 135

Список использованной литературы 137

Приложения 152

123

130

133

ВВЕДЕНИЕ

Сточные воды многих химических, нефтехимических, электрохимических и других предприятий содержат соединения тяжелых металлов, которые часто попадают в природные водоемы. Тяжелые металлы являются ядами кумулятивного, аддиативного, канцерогенного и мутагенного действия, поэтому стоки, содержащие тяжелые металлы, должны подвергаться глубокой очистке.

Традиционно очистку сточных вод от тяжелых металлов проводят реагентными и сорбционными способами, при этом расходуются дорогостоящие реагенты и материалы, что является нерациональным с точки зрения использования природных ресурсов.

Цель работы - установление физико-химических особенностей и

оптимальных условий процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых

2~ь 0+

металлов (на примере Си и № ) твердыми отходами производства дисахаридов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

6. Разработать способ утилизации образующегося осадка.

Научная новизна работы

1. Впервые теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность использования отхода производства дисахаридов - дефеката для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанная на протекании сорбционно-реагентных и коллоидных процессов.

2. Выявлена взаимосвязь между условиями термообработки дефеката, удельной поверхностью, рН водной среды, физико-химическими, сорбционными и реагентными свойствами модифицированного дефеката, заключающимися в образовании сорбционно-активного углеродного слоя на поверхности частиц дефеката в процессе термообработки, возрастании дисперсности и удельной поверхности дефеката.

3. Предложен механизм и определены кинетические закономерности снижения концентрации ионов металлов в растворе при очистке стоков термически модифицированным дефекатом, заключающийся в реагентно-сорбционном и коллоидном взаимодействии и сопровождающийся повышением рН среды и образованием малорастворимых осадков. Рассчитаны термодинамические параметры изотерм адсорбции, которые подтверждают специфическую природу адсорбции ионов металлов на поверхности модифицированного дефеката.

Научная новизна полученных результатов подтверждена патентом РФ на изобретение № 2416573 «Способ очистки сточных вод».

Практическая значимость работы:

2. Установлены оптимальные технологические параметры процесса очистки сточных вод от ионов Си2+ и №2+, а именно температура термической обработки исходного дефеката - 600 °С, время термической обработки - 30 минут, длительность взаимодействия со сточными водами - 25 минут, масса добавки термически модифицированного дефеката - 2 г/л.

На защиту выносятся полученные в итоге выполнения работы следующие новые результаты в виде:

1. Взаимосвязь между условиями термообработки дефеката, его удельной поверхностью, рН водной среды, физико-химическими, сорбционными и реагентными свойствами модифицированного дефеката при очистке сточных вод, заключающимися в образовании сорбционно-активного углеродного слоя

на поверхности частиц дефеката в процессе термообработки, возрастании дисперсности и удельной поверхности дефеката.

5. Рекомендации по использованию осадков, полученных в результате очистки сточных вод отходом производства дисахаридов в качестве порообразующей добавки при производстве керамических изделий.

Апробация. Основные положения работы докладывались на международных и российских конференциях: «Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровье человека, утилизация отходов», Харьков, 2009; «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», Таллин, 2009; «Современные проблемы экологии», Тула, 2009; М1жнародна науково-методично1 конференцп «Безпека людини у сучасних умовах», Харюв, 2009; III Международная научно-практическая конференция,

Харьков, 2010; «Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности регионов», IV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых, Харьков, 2009, «Коммунальное хозяйство городов», Киев, 2010.

Публикации. Основные положения работы изложены в 15 публикациях, в том числе в 3 статьях научных журналов по списку ВАК России, получен 1 патент на изобретение.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Экологическое состояние водных ресурсов в России

и во всем мире

В современных условиях интенсивного роста производительных сил и научно-технического прогресса одной из важнейших проблем является защита окружающей среды от загрязнения вредными веществами [1]. Происходит глобальное загрязнение биосферы сточными водами, содержащими токсичные компоненты. Промышленные сточные воды поступают в реки, заражают грунтовые и подземные воды, ухудшают условия водоснабжения и использования воды в хозяйственных целях [2-5].

При жизни нынешнего поколения людей исчезла иллюзия о неисчерпаемости водных ресурсов на Земле. Количество стоков, спускаемых в реки и озера, во многих районах мира выросло настолько, что, обладая способностью к самоочищению, водоемы и водотоки уже не смогли восстанавливать нарушенное равновесие условий в них. За 30 - 40 лет в сточные канавы превратились р. Рейн, Сена, Темза, Тибр, Миссисипи, Огайо, Потомак, оз. Эри. В угрожающем положении оказались Волга, Амур, Днепр, ряд озер нашей страны [6-7].

Во многих странах этой проблемой начали заниматься на уровне правительств, на ее решение были выделены огромные средства. Однако ряд капиталистических индустриальных стран весьма своеобразно подошли к наведению порядка в своих внутренних водоемах. С одной стороны, они разработали мероприятия по предотвращению или ликвидации загрязнения, вложив в это крупные средства, с другой - стали переводить предприятия, наиболее сильно загрязняющие водные объекты, в развивающиеся страны. Это помогло улучшить ситуацию в индустриальных странах, но не сняло проблему на планете в целом, поскольку началось катастрофическое загрязнение рек и водоемов в развивающихся странах, загрязнение Мирового океана [6, 7].

Особую опасность в последнее время приобрело накопление в окружающей среде попадающих в нее с выбросами и сбросами промышленных предприятий тяжелых металлов, таких, как свинец, кадмий, кобальт, медь, никель, цинк, хром [8]. Ионы тяжелых металлов имеют свойство мигрировать из отходов в биологически активную среду при взаимодействии отходов с этой средой. К группе тяжелых металлов относятся 78 элементов, общая масса которых не превышает 1,2 % общей массы литосферы [8 - 9]. По мнению ученых, вред тяжелых металлов обусловлен тем, что они включаются в клеточные ферменты и изменяют их настолько, что они перестают выполнять свои капитальные функции. При отравлениях тяжелыми металлами наблюдается поражение центральной нервной системы, ухудшение зрения, повышенная утомляемость, головная боль [10, 15].

Характеристика качества воды некоторых рек представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Характеристика качества воды некоторых рек России (2005 - 2009 гг).

Река Качество воды

Восточный склон территории Российской Федерации

Амур От условно чистой до грязной

Южный склон территории Российской Федерации

Урал От умеренно загрязненной до загрязненной

Волга, в том числе притоки Загрязненная

Москва От умеренно загрязненной до чрезвычайно грязной

Дон От загрязненной до чрезвычайно грязной

Днепр От слабо загрязненной до грязной

Западный склон территории Российской Федерации

Нева От умеренно загрязненной до загрязненной

Северный склон территории Российской Федерации

Северная Двина От весьма загрязненной до грязной

Обь От слабо загрязненной до чрезвычайно грязной

Енисей Загрязненная

Санитарно-химическое состояние водных объектов в последние десятилетия ухудшилось и вызывает тревогу во всем мире. Тяжелые металлы поступают в окружающую среду со сточными водами, с твердыми отходами и

из факелов предприятий. Ежегодно в России образуется около 7 млрд. т твердых отходов, из которых вторично используется лишь 2 млрд. т. или 28 %. Количество загрязненных вод, сбрасываемых в водоемы во всем мире,

составляет 250 - 300 млрд. м в год [11, 12]. В целом по России в водные

3 3

объекты сбрасывается 163 км сточных вод, в том числе 7 км неочищенных и 9 км3 недостаточно очищенных. Сказываясь на состоянии водных объектов, загрязнение наносит ущерб и экономике, так как, например, со стоками промышленных предприятий теряются ценные продукты.

Сточные воды промышленных предприятий машиностроения, металлургии и других отраслей, в которых используются процессы травления и гальванической металлообработки, характеризуются сложным переменным составом, высокой токсичностью и высокой степенью агрегативной устойчивости (табл. 1.2).

Таблъща 1.2

Данные химического состава сточных вод типичного

рН Н2804, г/л НС1, г/л Бе, мг/л 80 4", мг/л Ъъ, мг/л N0", мг/л Сг+6, мг/л Си, мг/л Взвеси, мг/л, Сухой остаток, мг/л Жесткость общая, ммоль/л

Кислые сточные воды

2,8 0

Информация о работе

Лупандина, Наталья Сергеевна
кандидата технических наук
Белгород, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов отходами производства дисахаридов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы