Деманганация подземных вод с помощью нового сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон

Буравлев, Вадим Олегович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Деманганация подземных вод с помощью нового сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Деманганация подземных вод с помощью нового сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон"

На правах рукописи

Буравлев Вадим Олегович

ДЕМАНГАНАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ

НОВОГО СОРБЦИОННО-КАТАЛИТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН

25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 ФЕВ 2013

Барнаул - 2013

005049403

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» на кафедре Химической техники и инженерной экологии в научно-исследовательской испытательной лаборатории охраны труда и экологической безопасности

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

Комарова Лариса Федоровна

Официальные оппоненты: Кирсанов Михаил Павлович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «КемТИПП», проректор по учебной работе

Романов Андрей Николаевич, доктор технических наук, ИВЭП СО РАН, лаборатория экологии атмосферы, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Новосибирская государствен-

ная академия водного транспорта»

Защита диссертации состоится «28» февраля 2013 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН) по адресу: 656038, г.Барнаул, ул. Молодежная, 1. Факс 8 (3852) 240396. E-mail: iwep@iwep.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт водных и экологических проблем СО РАН

Автореферат разослан «¿£» 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент

И.Н. Ротанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время проблема обеспечения населения качественной питьевой водой является одной из наиболее значимых и отражена во многих федеральных программах РФ. Несмотря на обилие открытых пресных водоемов на территории Западной Сибири, для питьевого водоснабжения зачастую используют подземные воды. Связано это с тем, что бассейны рек являются незащищенными от антропогенного воздействия (тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды и пр.). По данным Государственного доклада о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации более 50 % населения России используют для питьевых нужд воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по широкому спектру показателей. Особенно неудовлетворительно обстоит дело с качеством питьевой воды в сельской местности, где централизованным водоснабжением пользуются жители менее половины населенных пунктов. Однако подземные воды в естественных природных условиях по ряду показателей не всегда отвечают требованиям санитарных норм, чаще всего в них имеется превышение по ионам железа, марганца и общей жесткости. Для получения питьевой воды из подземных источников необходимы специальные технологии, обеспечивающие высокое качество получаемой воды, а к наиболее перспективным относятся каталитические и сорбционные методы. В виду особенностей химических свойств соединения марганца удалить из воды с помощью типовых для железа способов удается далеко не всегда, так как энергия активации реакций в данном случаем намного выше. Следовательно, необходимо применение катализаторов с целью интенсификации протекающих процессов. Наибольшее распространение на сегодняшний день получили зернистые материалы, имеющие невысокую удельную поверхность и склонность к истиранию. Альтернативой им могут быть пла-нарные сорбенты на основе модифицированных базальтовых волокон. В качестве катализатора в данном случае могут выступать оксидные пленки Мп203 и Мп02. Разработка и внедрение таких материалов позволит создавать компактные водоочистные установки, которые можно будет использовать для деманганации подземных вод непосредственно на месте их водо-разбора.

Работа выполнена в рамках финансирования по программе «УМНИК-10», поддержана грантами администраций Алтайского края и г. Барнаула, а также по тематике Научно-исследовательской испытательной лаборатории охраны труда и экологической безопасности и ПНИЛ «Технологии рекуперации вторичных материалов промышленности» при АлтГТУ им. И.И. Ползунова.

Цель работы: разработка технологии очистки природных подземных вод от ионов марганца с применением нового сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон для обеспечения населения питьевой водой.

Основные задачи: - анализ состояния подземных водных объектов Западной Сибири и Алтайского края по содержанию в них соединений марганца;

- разработка технологии получения сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон для очистки подземных вод от соединений марганца;

- изучение физико-химических свойств и структуры материала;

- исследование кинетических, статических и динамических параметров сорбции ионов марганца на полученном сорбенте;

- математическая обработка экспериментальных данных процесса сорбции;

- изучение возможности и подбор способа регенерации сорбционно-каталитического материала;

- определение гидродинамических характеристик базальтовых волокон при фильтровании воды;

- разработка технологической схемы очистки подземных вод от ионов марганца в целях обеспечения населения питьевой водой с использованием нового сорбционного материала и ее технико-экономический анализ.

Объект исследования: марганецсодержащие подземные воды для питьевого водоснабжения.

Предмет исследования: способ очистки подземных вод от соединений марганца с применением нового каталитического сорбента на модифицированных базальтовых волокнах.

Научная новизна:

- впервые предложена технология получения нового сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон с функциональным покрытием из МП2О3 и МпОг, путем окисления Мп2 с помощью пероксида водорода в щелочной среде, с последующим термическим закреплением;

- исследована кинетика процесса сорбции ионов марганца из раствора, определена сорбционная емкость для полученного материала по ионам марганца в статических и динамических условиях;

- предложен способ регенерации сорбента с помощью водной промывки и слабыми растворами кислот (СНа=0,001 %);

- выведено эмпирическое уравнение для определения потерь напора на загрузке от скорости фильтрования и ее удельной массы;

- разработана технология очистки подземных вод от ионов марганца в целях обеспечения населения питьевой водой с использованием полученного сорбционного материала

Практическая значимость:

- полученный сорбционно-каталитический материал позволяет проводить деманганацию воды при рН >7 с эффективностью 90-98%, что делает возможным получать воду, соответствующую санитарным нормам из подземных источников;

- экспериментальные данные могут быть использованы для расчета основных параметров оборудования технологических схем водоочистки и аппаратурного оформления;

- внедрение полученных сорбентов в практику водоочистки способствует повышению качества питьевых вод и здоровья населения;

- работа выполнена в рамках государственного контракта при поддержке Фонда содействия развитию МФП НТС по программе «УМНИК-10».

Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом и воспроизводимостью экспериментальных данных, использованием стандартных и гостированных методик, а также современного измерительного оборудования и методов учета погрешностей измерений. На защиту выносятся:

- способ получения сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных оксидами марганца базальтовых волокон;

- результаты исследований физико-химических свойств сорбента, включающие определение максимальной статической сорбции по Мп2+ и Ре2+;

- исследование кинетики извлечения Мп2+ из воды на полученном материале;

- экспериментальные зависимости эффективности очистки воды от Мп2+ с помощью волокнистого сорбента;

- способ регенерации полученного материала;

- технологии очистки воды от ионов марганца с использованием сорбента-катализатора.

Реализация результатов работы:

- материалы диссертационной работы приняты к внедрению на предприятиях: ООО «НПО Фильтерра», ООО «НПО Акватех», ООО «Барнаул РТИ»;

- результаты диссертационной работы используется в учебном процессе на кафедре «Химическая техника и инженерная экология» АлтГТУ.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодной Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2008 - 2012), научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь - Барнаулу» (Барнаул, 2009, 2010), Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009, 2010), Всероссийской НПК с международным участием «Безопасность» (Иркутск, 2010, 2012), конференции Международной водной ассоциации (1\УА) «Водоподготовка и очистка сточных вод населенных мест в XXI веке: Технологии, Проектные решения, Эксплуатация станций» в рамках международного форума ЭКВАТЭК-2010 (Москва, 2010), 4-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2011), Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные экологические проблемы» (Белокуриха, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, в том числе 8 статей, 4 из них - в журналах, входящих в перечень публикаций ВАК, получен патент на полезную модель.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 112 наименований, приложений. Работа изложена на 121 страницах машинописного текста, включает 62 рисунка, 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и показана необходимость внедрения современных технологий для очистки марганецсодержа-щих подземных вод, с целью обеспечения населения качественной питьевой водой. Рассмотрена перспективность использования сорбционного метода очистки с применением новых каталитически активных материалов, позволяющих интенсифицировать протекающие процессы.

В первой главе представлен анализ качества подземных водных объектов Западной Сибири и Алтайского края, приведены геохимические особенности образования марганецсодержащих вод. Описываются методы де-манганации воды. Проведен анализ отечественных и зарубежных литературных источников и патентов в данной области. Рассмотрены традиционно применяемые и современные технологии очистки подземных вод. Обобщены и проанализированы имеющиеся в литературе данные о применении материалов минерального происхождения в практике очистки воды сорбционным методом, изложены современные представления о механизме данного процесса. Описаны основные подходы и требования к получению каталитически активных материалов. Проведен анализ возможных реакций на поверхности волокон с участием катализатора. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе представлены методики анализа ионов марганца и железа в воде методами фотоколориметрического анализа. Приведен способ получения сорбционно-каталитического материала путем модификации базальтовых волокон оксидами марганца (рабочее название Марганосорб). Описываются методики определения физико-химических свойств исследуемого материала (рентгенофазовый анализ, ИК-спектрометрия, оптическая микроскопия). Излагается способы изучения кинетических, статических и динамических характеристик Марганосорба. Представлена методика эксперимента по определению гидродинамических параметров фильтрования через базальтовые волокна.

В третьей главе изложены результаты исследований по очистке воды от ионов марганца сорбционным методом с использованием полученного материала.

Базальтовые волокна являются перспективным носителем для катализатора, так как имеют высокую удельную поверхность (от 7 м2/г) и малый размер нитей (от 0,5 до 2 мкм), что обеспечивает интенсивное протекание массообменных процессов на границе раздела фаз. К тому же данная матрица хорошо подходит для модификации как органическими, так и неорганическими соединениями, за счет имеющихся групп, например, БьН или Б^ОН. Необработанные базальтовые волокна, как показали эксперименты, без применения каталитических добавок не обладают достаточной активностью по отношению к ионам марганца. Поэтому была предложена модификация поверхности волокон с помощью Мп203 и Мп02, с целью увеличения их сорбционных характеристик, так как данные оксиды являются наиболее доступным и эффективным катализатором процесса деманганации. В работе использовались непромасленные базальтовые волокна производства ТЭЦ-3 (г. Барнаул). Процесс синтеза каталитического покрытия на их поверхности заключался в окислении растворенных ионов марганца с помо-

щью пероксида водорода в щелочной среде. Для того, чтобы обеспечить равномерное нанесение модификатора на базальтовое волокно, производили их измельчение в специальном реакторе, что приводило к механоактива-ции волокон и увеличению прочности закрепления пленки. После чего осуществляли предварительную сушку и отмывку сорбента от примесных катионов. Затем проводили его термообработку при температуре 350 °С, для дегидратации синтезированных оксидов. Схемы получения волокнистого каталитического материала без его отмывки и термообработки при меньших температурах не позволили синтезировать стабильный и высокоактивный сорбент для водоочистки.

Полученный композиционный материал был исследован с помощью метода рентге-ноди-фракционного анализа поликристаллов и монокристальной дифрактометрии. Найденные на дифракто-грамме пики и соответ-

30 40 50 60 70

2Theta

і -А|2Оэ .-FeiOi 0-МП2О3 — дифрактограмма СТВуЮЩИв ИМ КрИСТЭЛ

лические вещества

приведены на рисун-Рисунок 1 -Дифракционная кривая образца ке ]

модифицированного базальтового волокна Отсутствие на ди-

фрактограмме пиков,

отнесенных к Мп02> вероятнее всего, можно объяснить небольшой их долей в общей массе материала, так как оборудование позволяет детектировать кристаллические формы от содержания 2% масс, к тому же сродство Мп203 и Мп02 достаточно велико, поэтому возможна маскировка оксида Мп(ІУ). Пики, отмеченные как Ре203, А1203, 8Ю2, относятся к исходному составу волокна, которое является от части рентгеноаморфным материалом.

а) б)

Рисунок 2 - Поверхность (а) базальтового волокна и (б) Марганосорба (увеличение в 500 раз)

Поверхность базальтовых волокон и Марганосорба была исследована при помощи инвертированного микроскопа Zeiss Axio Observer Z1 (рисунок 2). На рисунке 2 видно, что базальтовые волокна (а) образуют хаотичную лабиринтную структуру, которая позволяет во много раз увеличить вероят-

ность столкновения извлекаемых ионов с катализатором. Марганосорб (б) имеет нити большего диаметра вследствие их покрытия оксидным слоем.

Проведенные исследования образца материала с помощью ИК-спектроскопии показали, что имеются однотипные пики для Марганосорба и синтезированного в аналогичных условиях Мп02 в области от 820 до 860 см"1, относящиеся к структуре типа [Мп04]", что также может говорить о наличии марганецсодержащих соединений.

Были проведены эксперименты по определению кинетики изменения сорбционной емкости Марганосорба от времени протекания процесса (рисунок 3), который завершается по прошествии 24 ч, а наибольшая интенсивность его характерна для первых минут от начала реакции.

20 ______Для полученного мате-

риала возможно проявление

15 ---—_ | - _хемосорбционных свойств,

поэтому существенный ю —^ ---- вклад в кинетику извлечения ионов марганца из раствора может вносить также стадия химической реакции на поверхности материала. 25 Была произведена обработан ка экспериментальных данных применимости моделей, позволяющих выявить вклад химической стадии в

Рисунок 3

Кинетика изменения сорбционной емкости (а) «Марганосорба» от времени (Т), при Снач(Мп2+) = 200 мг/л

процесс сорбционного извлечения ионов"марганца из воды.

Выявлено, что сорбция соединений марганца происходит в смешанно-диффузионной кинетической области, так как ограничения накладывают как перемещение сорбата относительно сорбента, так и транспортировка внутри его пор. Для установления влияния хемосорбции на общую скорость процесса были проверены несколько кинетических моделей (таблица 1).

Модель Интегральная формула уравнения И2

1) Псевдо-первого порядка аг=а.( 1-е"*'г) 0,988

2) Псевдо-второго порядка т ат~ ! т -Г + — 0,995

3) Модифицированного второго порядка Ь+ к2-Т 0,936

4) Еловича ат=ип<1 + а-13-Т) 0,973

Примечание: кь кг, кг', - константа скорости сорбции модели соответственно псевдо-первого порядка (мин'1), псевдо-второго порядка (г-(мг-мин)"1), модифицированного второго порядка (мин1); Ь -параметр уравнения модифицированного второго порядка, Ь < 1; а - начальная скорость сорбционного процесса (г(мг мин)"1); р - константа уравнения Еловича (г мг'1), II2 - величина достоверности аппроксимации логарифмированного уравнения.

Видно, что наиболее подходящей в данном случае (Я2=0,995) является модель псевдо-второго порядка, согласно которой химическая реакция на поверхности сорбента лимитирует процесс. Таким образом, стадия химического взаимодействия ионов марганца с сорбентом также оказывает влияние на общую скорость процесса. Разделить же вклад диффузии и химической стадии на основании применения формальных кинетических уравнений достаточно сложно. Скорее всего, в данном случае наблюдается суммарный эффект всех стадий процесса.

Изучены сорбционные свойства полученного материала в статических условиях при постоянной температуре 20°С. Определение уравнения, максимально точно описывающее полученную изотерму сорбции (рисунок 4) заключается в сравнение различных вариантов и подходов. Для этого были выбраны четыре распространенных уравнения и рассчитана достоверность результатов для каждого из них приведенные в таблице 2.

Модификация ба-

11 '

щ4

т1, 5

Уравнение Лэнгкюра —* - уравнение фрейвдлиха

» • Уравнение Рецлаа-Пскрсона —М - Уравнение Теыаина

■ Экспериментальная юсперма сорбции

. мг/л

Рисунок 4 - Экспериментальная и расчетные

зальтовых волокон с помощью оксидов марганца позволяет предполагать, что также материал будет сорбировать и ионы Ре2+, схожие по свойствам с Мп2+. На рисунке 5 представлены изотермы сорбции ионов Бе2+ на Марга-носорбе, полученные экспериментальным и расчетным путем, из которого видно, что зависи-

—- -::-.-Х------ -------------- __________я.

к/ х

изотермы сорбции Мп на Марганосорбе мость 5 по виду отличается от аналогичной - для марганца (рисунок 4), так как имеет менее выпуклый участок между 0 и 50 мг/л.

По всей вероятности, как говорилось выше, при сорбции Мп2+ на оксидном каталитическом покрытие эффекты хемо-сорбции и сродства элементов оказывают влияние и на характер сорбции, соответственно их воздействие снижается при постепенном запол-

изотермы сорбции Бе" на Марганосорбе нении Доступной поверх-

ности.

Из таблицы 2 видно, что наибольшую сходимость позволяет получить применение, линеаризованного уравнения Лэнгмюра. Согласно классификации изотерм сорбции, график 5 (рисунок 4) имеет крутизну характерную для материалов с микро-ультрамикропористой структурой, и его можно отнести к типу Ь-2. С другой стороны, характер сорбции такого иона как

--♦-•Уравнение Лэнгмюра 2 ■■■«■■

■••♦••• Уравнение Редлнха-Петерсона 4 -Х-"■^-Экспериментальная изотерма сорбции

Уравнение Фрейндлиха Уравнение Темкина

, мг/л

Рисунок 5 - Экспериментальная и расчетные

Мп2+ является весьма сложным и не имеет однозначного объяснения, вследствие наложения эффектов гидролиза и окисления в процессе деман-ганации воды материалом, поэтому в данном случае присутствует возможность хемосорбционных процессов (окислительно-восстановительная диссоциативная адсорбция), в связи с чем тип изотермы сорбции по классификации Гильса и Смита можно отнести так же и к типу Н-2.

Таблица 2 - Описание изотермы сорбции с помощью различных уравнений

Уравнение Уравнение Линеаризованная форма Величина достоверности аппроксимации Я2

Мп"

Ленгмюра кс, а = а -£- \ + К Ср С, 1 С Р _ 1 ! р ат Ка, а. 0,995 0,999

Фрейндлиха і ат -КР-Срч 1пС„ 1п ат = +-- п 0,653 0,912

Редлиха-Петерсона а - К<-С> Т 1 + а,-С/ Ь р Ср 1 + ^ 0,497 «г к/ ' 0,910 0,996

Темкина ат = А-ЫСр +В ат = А-]пСр + В 0,937 0,989

Примечание: ати ае- сорбционная емкость материала соответственно в момент времени Т и полная статическая, мг/г; Ср - равновесная концентрация в растворе, мг/л; К, Кг, К) - коэффициенты сорбции соответственно в уравнениях Лэнгмюра, Фрейндлиха, л/г, Редлиха-Петерсона, г" , а.1 - коэффициент в уравнении Редлиха-Петерсона, мг , р - коэффициент в уравнении Редлиха-Петерсона принимаемый 0,497=0,5; А и В - постоянные уравнения Темки-на

Для определения динамических сорбционных характеристик материала были проведены эксперименты по извлечению ионов Мп2+ из модельных растворов при различных концентрациях, результаты которых приведены на рисунке 6. Можно отметить, что зависимости 1-3 имеют схожую динамику и в каждом эксперименте достигалась высокая эффективность демангана-ции. Одним из доказательств влияния нанесенного каталитического покрытия является тот факт, что необработанное базальтовое волокно (зависимость 4) практически не извлекает марганец из воды.

Г ± МЁг^ т 1

\ *

3 2

0 1 2 3 4 5 6

\'уд, Л/Г

Начальная концентрация С„, мг/л Марганосорб: А - 1 - 0.25; В - 2 - 0,5; ♦ - 3 - 1 Базальтовое волокно; ® - 4 - 0,5

Рисунок 6 - Зависимость эффективности деманганации воды от удельного профильтрованного объема (Ууд)

1005 80 Г)

60 40 20 0

t g" ■444-4 1

г-—

N V2 ■і

0 1 2 3 4 5 6

V,,, л/г

1 - до регенерации, 2 - после регенерации

Рисунок 7 - Эффективность деманганации воды до и после регенерации, при начальной концентрации Сн= 0,25 мг/л

Проведенные эксперименты по регенерации полученного материала с помощью водной промывки показали, что процесс не осуществляется в должной мере и позволяет восстановить не более 15 % исходных сорбцион-ных свойств сорбента. По всей видимости, энергия удержания загрязнений превалирует, поэтому была изучена возможность

реагентнои отмывки материала с помощью слабого раствора НС1 (в данном случае необходимым являлось понизить рН до значения 6,5 и ниже). ;

На рисунке 7 приведена зависимость эффективности деманганации воды до и после регенерации сорбента, при извлечении из

.4 0,20 -г

3 0,15 "

0,10 -

0,05 "

0,00 -

I \ ш *

st J 2 JT

^ !

Т,ч

1 - ПДК марганца в питьевой воде 0,1 мг/л Сисх(Мп2+) = 0,25 мг/л

Рисунок 8 - Зависимость остаточной

концентрации Мп фильтрования (Т)

(Сост)от времени

воды Мп с начальной концентрации Сн=0,25 мг/л. Регенерация сорбента прошла достаточно успешно, и его сорбционная емкость практически полностью восстановилась. Задачей последующих исследований является подбор более доступного способа восстановления загрузки. На рисунке 8 отмечены три области (/, II, III), отвечающие за работу фильтра до 1-ой, 2-ой и 3-ей регенерации сорбента соответственно. Стоит отметить, что после проведения второй регенерации продолжительность времени защитного действия фильтра увеличилась на 25 % по сравнению с первоначальной. Это можно объяснить отмывкой поверхности катализатора реагентом от неактивных примесей и своеобразной ее зарядкой (наработкой), что не раз встречалось в практике водоочистки.

Для сравнения эффективности работы «Марганосорба» и выявления конкурентных преимуществ перед аналогами были выбраны клиноптилоли-товый туф (цеолит) Сокирницкого месторождения (Закарпатье, Украина) и каталитический материал «Birm» (Clack Со, США). Полученные экспериментальные данные представлены на рисунке 9.

£ 100

«0

- 2 У Ь 3 \

~ 1

N і

, л/г

Из рисунка 9 видно, что природный цеолит в условиях эксперимента имеет невысокую сорбци-онную емкость. Вероятнее всего, на данной высоте рабочего слоя сорбента не успевает образоваться фронт сорбции, поэтому максимальная эффективность составила 67 %. Материал «Вігш» показал более высокую эффективность очистки воды от ионов марганца, чем цеолит, (до 98%), за счет наличия оксидного каталитическо-

Начальная концентрация Сн = 0,5 мг/л

Д - 1 - цеолит; В - 2 - Марганосорб; ^ 3 Втп

Рисунок 9 - Зависимость эффективности деманганации воды от удельного профильтрованного объема го слоя. Как видно из рисунка 9, волокнистый сорбент имеет значительно большую сорбционную емкость по сравнению с аналогами, снижение эффективности очистки происходит плавно и в течение более длительного времени. «Марганосорб», имеющий большую удельную поверхностью контакта, чем зернистые материалы, способствует не только окислению ионов марганца, но и эффективно задерживает нерастворимые формы веществ, так как хаотично расположенные волокна являются труднопреодолимым препятствием для коллоидных загрязнений.

На рисунке 10 представлены зависимости потери давления на загрузке от скорости фильтрования (а) в диапазоне от 5 до 15 м/ч и удельной массы волокна (б). Из рисунка 10 видно, что зависимости имеют нелинейный вид, что обусловлено постепенным сжатием волокнистой загрузки. С увеличением удельной массы загрузки (б) и скорости фильтрования (а) возрастает и сопротивление загрузки, причем первый параметр оказывает большее влияние на крутизну графиков. Увеличение сопротивления происходит экспоненциально и максимальные значения достигаются при скорости 15 м/ч и удельной массе 35 кг/м2 и составляют соответственно 0,45 и 0,48 кгс/см2.

К 0,6

0,4

0,2

2 ^

:--в--

I 8 12

Скорость фильтрования, м/ч

Удельная масса загрузки: 1 " ♦ 35 кг/м2 2-Д21кг/м2 3-й

а)

Рисунок 10 - Изменения потерь давления фильтрования (а) и удельной массы волокна (б)

О 10 20 30 40 Удельная масса загрузки, кг/м1

Скорости фильтрования: 14 5 м/ч 2 - А 10 м/ч 3 • о 15 м/ч ^

в зависимости от скорости

Моделирование процесса фильтрования на базальтовых волокнах проводилось с помощью трех уравнений:

АР = 0,65 • гт/ + 0,1 8\у - 0,20т - 23,52 (1)

ДР = (0,00^2 - 0,014\у + од 17)е(~0,00005^2 +0,003№+0,0035)т (2)

ДР =

1-Н-а-р-\у2

(3)

очищенная Ша

где ДР - гидравлическое сопротивление (потерянный напор), кгс/см2; т - удельная масса загрузки, кг/м2; \у - скорость фильтрования, м/ч; к - коэффициент трения; Н - высота загрузки, м; а - удельная поверхность материала, м2/кг; р - плотность воды, кг/м3; е - порозность загрузки.

Уравнение (1) получено в результате выполнения экспериментов согласно полному факторному эксперименту (ПФУ), где в качестве варьируемых параметров были выбраны удельная масса загрузки (ш) и скорость фильтрования (\у). Уравнение (2) было выведено эмпирически, третье - классическое, для определения сопротивления зернистых загрузок. Проверка адекватности полученных результатов с помощью данных уравнений показал, что наиболее адекватно эмпирическое уравнение (точностью до 90 %).

В четвертой главе на основе проведенных исследований была предложена принципиальная технологическая схема очистки подземных вод от ионов марганца с использованием полученного сорбционного материала. Применение данной технологии позволит проводить процесс деманганации воды с невысоким значением окислительно - восстановительного потенциала и высоким содержанием Мп2+ (рисунок 11). Технологическая схема очистки подземных вод от ионов марганца включает: сорбционно- каталитические патронные фильтры, узлы дозирования реагентов, осветления и частичного возврата регенераци-онных вод. Применение такого типа фильтрующих элементов обусловлено особенностями гидравлического сопротивления загрузки и самой структу-

1 - картриджный фильтр; 2 - емкость регенерационного раствора; 3 - насос; 4 - дозирующий насос; 5 - бак аэратор; 6 - насос высокого давления; 7 - патронный фильтр;

8 - бак декантатор; 9 - бак очищенной воды Рисунок 11 - Принципиальная технологическая схема очистки подземных вод от ионов марганца с использованием Марганосорба

ры сорбента, которая позволяет формировать из волокон различные по формам объекты.

В таблице 3 представлены основные технико-экономические показатели от реализации схемы деманганации подземных вод с расходом 336 м3/суг. и концентрацией марганца в воде 0,51 мг/л, после чего ее можно подавать потребителям. При этом срок окупаемости проекта составит 2,3 года.

Таблица 3 - Основные показатели эффективности использования

инвестиций при реализации сорбционной схемы деманганации подземных вод

Наименование Единица измерения Показатели

Объем очищаемых артезианских вод м3/год 122536,00

Себестоимость 1 м3 очищенной руб. 7,80

Энергозатраты на 1 м3 воды руб./м3 0,14

Инвестиции в проект тыс. руб. 720410,00

Рентабельность инвестиций % 37,87

Срок окупаемости инвестиций год 2,3

Чистая прибыль от реализации продукции руб. 272879,40

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана технология получения нового сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон (Марга-носорб) с применением в качестве окислителя Н202.

2. Исследованы физико-химические свойства и структура Марганосорба, которые подтвердили наличие каталитической пленки, состоящей из Мп203 и Мп02.

3. Определены основные характеристики процесса сорбции соединений марганца. Максимальная статическая емкость по марганцу - 15 мг/г, по железу - 32 мг/г. Процесс сорбции протекает в смешано-диффузионной области и осложнен поверхностной реакцией, описываемой моделью псевдо-второго порядка.

4. Предложен способ регенерации материала с помощью водной промывки и слабых растворов кислот (СНс1=0,001%).

5. Полученный материал имеет динамическую сорбционную емкость в 5,5 раз превышающую аналоги, что позволяет создавать более компактные и эффективные водоочистные технологии

6. Выведено эмпирическое уравнение для определения потерь давления на загрузке от ее удельной массы и скорости фильтрования, позволяющее проводить расчеты с точностью до 90%.

7. С целью экологически безопасного водопотребления предложена схема водоподготовки с использованием разработанного материала, при этом ее себестоимость составит 7,80 руб/м , а окупаемость инвестиций - 2,3 года.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

а) работы в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Буравлев, В.О. Оптимизация процесса водоочистки на новых сорбентах с матрицей из базальтовых микроволокон / В.О. Буравлев, А.В. Па-насенко, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. — 2010. — № 3. - С. 284 -287.

2. Буравлев, В.О. Применение новых сорбционных материалов и оборудования для водоподготовки в пищевой промышленности / В.О. Буравлев,

A.В. Кондратюк, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. -2011.-№3-2.-С. 188-191.

3. Буравлев, В.О. Исследование сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон / В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова, М. А. Булах // Ползуновский вестник. - 2011. - № 4-2. - С. 186-188.

4. Буравлев, В.О. Исследование нового сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон для очистки питьевых вод / В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Водоочистка. - 2012. -№9.-С. 20-27.

б) патенты

Патент на полезную модель РФ №98937 RU. Напорный фильтр [Текст]/ Кондратюк. Е.В., Буравлев В.О., Топчиев А.Г., Комарова Л.Ф., заявл. 19.05.2010, опубл. 10.11.2010, Бюл. № 11.

в) статьи в других изданиях

1. Буравлев, В.О. Новая сорбционная технология очистки воды на основе использования модифицированных базальтовых микроволокнистых материалов / Е.В. Кондратюк, В.О. Буравлев, Л.Ф. Комарова // Вода Magazine. Рынки и тенденции. - 2008. -№ 8. - С. 36-38.

2. Буравлев, В.О. Особенности эксплуатации нетканых волокнистых сорбентов / В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк// Сб. материалов X Юбилейной всероссийской научно практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск, 2009. - С. 267-268.

3. Буравлев, В.О. Применение экологически безопасных фильтровально-сорбционных материалов для эффективного решения проблем очистки артезианских вод от ионов железа и марганца / В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Сб. материалов XIV Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием, ИрГТУ. - Иркутск, 2009. - С. 178-181.

4. Буравлев, В.О. Исследование гидравлических свойств нетканных волокнистых материалов для очистки воды. / Ползуновский альманах. - № 2. - 2009. -С. 82-83.

5. Буравлев, В.О. Производство и перспективы использования микроволокнистого сорбента в водоочистных технологиях, статья / Е.В. Кондратюк,

B.О. Буравлев, А.В. Панасенко, Л.Ф. Комарова // Вода Magazine - 2009. -№25(12).-С. 42-44.

6. Буравлев, В.О. Базальтовое волокно как матрица при создании новых фильтровально-сорбционных материалов для очистки артезианских вод / А.Ю. Лубнина, В.О. Буравлев, А.В. Панасенко // В мире научных открытий: сб. материалов Всерос. научно-практ. конф - Красноярск - 2010. - № 4 (10). - С. 14-15.

7. Буравлев, В.О. Математическое моделирование процесса фильтрования на базальтовых волокнах / В.О. Буравлев, А.В. Панасенко, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Материал докладов XV Всероссийской студенческой научно-практ. конф. с международным участием «Безопасность-2010». - Изд. ИрГТУ, г. Иркутск. - 2010. - С. 120-122.

8. Буравлев, В.О. Разработка нового фильтровально-сорбционного материала для очистки артезианских вод / В.О. Буравлев, А.В. Панасенко, Я.Б. Сенькив // Материалы XI городской научно-практ. конф. «Молодежь - Барнаулу», т. 1, Барнаул.-2010.-С. 505-506.

9. Буравлев, В.О. Фильтры для очистки загрязненных артезианских вод на основе модифицированных базальтовых волокон // Водоочистка, Водоподготов-ка, Водоснабжение. - № 3,2011. - С. 32-36.

10. Буравлев, В.О. Получение нового каталитически активного сорбента для очистки воды от соединений железа и марганца / М.А. Буллах, В.О. Буравлев, Я.Б. Сенькив, Е.В. Кондратюк // Материалы 8-й Всероссийской научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. «Наука и молодежь». Секция «Природоохранные технологии». - АлтГТУ. - Барнаул, 2011. - С. 36-38.

11. Буравлев, В.О. Деманганация природных подземных вод с помощью нового волокнистого сорбента / М.А. Булах, В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк // Материалы докладов XVII Всероссийской студенческой научно-практ. конф. с международным участием, ИрГТУ. - Иркутск, 2012. - С. 178-181.

12. Буравлев, В.О. Регенерация волокнистых сорбционно-каталитических материалов для очистки воды / Булах М.А, Буравлев В.О., Чигаев И.Г., Кондратюк Е.В. // Сборник докладов 9-й Всероссийской научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь». Секция «Природоохранные технологии» / АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2012. -С. 27-29.

13. Буравлев, В.О. Исследования сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон для очистки подземных вод / В.О. Буравлев, Я.Б. Сенькив, Е.В. Кондратюк // Материалы межрегиональной научно-практ. конф. «Региональные экологические проблемы» - Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2012. -С. 26-28.

Подписано в печать 24.12.2012. Формат

Печать - цифровая. Усл.п.л. 0,93 Тираж 100 экз. Заказ 2012-№627

Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 тел.: (8-3852) 29-09-48

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД №28-35 от 15.07.97 г.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Буравлев, Вадим Олегович

Введение

ГЛАВА 1 Литературный обзор

1.1 Характеристика подземных водных объектов Алтайского края и За- 9 падной Сибири

1.2 Общие сведения о гидрогеохимии марганца

1.3 Методы очистки воды от марганца

1.4 Каталитические сорбенты и способы их получения

1.5 Возможные механизмы деманганации воды с помощью сорбентов

1.6 Современные представления о механизмах адсорбции

1.7 Цель и задачи работы

ГЛАВА 2 Методики анализа и эксперимента

2.1 Методика анализа ионов марганца и железа

2.2 Методика эксперимента

ГЛАВА 3 Экспериментальная часть

3.1 Получение сорбционно-каталитического материала

3.2 Определение химической стойкости сорбционно-каталитического 62 материала

3.3 Изучение физико-химических свойств сорбента

3.4 Определение кинетики сорбции

3.5 Изучение статической сорбционной емкости

3.6 Исследование динамической емкости сорбентов

3.7 Исследование гидродинамических свойств фильтрующего материала 81 на основе базальтового волокна

3.8 Математическая обработка экспериментальных данных и моделиро- 82 вание процесса фильтрования на базальтовых волокнах

3.9 Выводы по экспериментальной части

ГЛАВА 4 Разработка принципиальной технологической схемы очистки 93 подземных вод от ионов марганца

4.1 Схема очистки подземных вод от ионов марганца

4.2 Технико-экономическое обоснование схемы очистки подземных вод 95 от ионов марганца

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Деманганация подземных вод с помощью нового сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон"

Актуальность темы. В настоящее время проблема обеспечения населения качественной питьевой водой является одной из наиболее значимых и отражена во многих федеральных программах РФ. Несмотря на обилие открытых пресных водоемов на территории Западной Сибири, для питьевого водоснабжения зачастую используют подземные воды. Связано это с тем, что бассейны рек являются незащищенными от антропогенного воздействия (тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды и пр.). По данным Государственного доклада о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации более 50% населения России используют для питьевых нужд воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по широкому спектру показателей. Особенно неудовлетворительно обстоит дело с качеством питьевой воды в сельской местности, где централизованным водоснабжением пользуются жители менее половины населенных пунктов. Однако подземные воды в естественных природных условиях по ряду показателей не всегда отвечают требованиям санитарных норм, чаще всего в них имеется превышение по ионам железа, марганца и общей жесткости. Для получения питьевой воды из подземных источников необходимы специальные технологии, обеспечивающие высокое качество получаемой воды, а к наиболее перспективным относятся каталитические и сорбционные методы. В виду особенностей химических свойств соединения марганца удалить из воды с помощью типовых для железа способов удается далеко не всегда, так как энергия активации реакций в данном случае намного выше. Следовательно, необходимо применение катализаторов с целью интенсификации протекающих процессов. Наибольшее распространение на сегодняшний день получили зернистые материалы, имеющие невысокую удельную поверхность и склонность к истиранию. Альтернативой им могут быть планарные сорбенты на основе модифицированных базальтовых волокон. В качестве катализатора в данном случае могут выступать оксидные пленки Мп203 и МпОг- Разработка и внедрение таких материалов позволит создавать компактные водоочистные установки, которые можно будет использовать для деманганации подземных вод непосредственно на месте их водоразбора.

Работа выполнена в рамках финансирования по программе «УМНИК-10», поддержана грантами администрации Алтайского края и г. Барнаула, а также по тематике Научно-исследовательской испытательной лаборатории охраны труда и экологической безопасности и ПНИЛ «Технологии рекуперации вторичных материалов промышленности» при АлтГТУ им. И.И. Ползунова.

Цель работы: разработка технологии очистки природных подземных вод от ионов марганца с применением нового сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон в целях обеспечения населения питьевой водой.

Основные задачи:

- анализ состояния подземных водных объектов Западной Сибири и Алтайского края по содержанию в них соединений марганца;

- изучение физико-химических свойств и структуры материала;

- математическая обработка экспериментальных данных процесса сорбции;

- изучение возможности и подбор способа регенерации сорбционно-каталитического материала;

- определение гидродинамических характеристик базальтовых волокон при фильтровании воды;

Объект исследования: марганецсодержащие подземные воды для питьевого водоснабжения.

Предмет исследования: способ очистки подземных вод от соединений марганца с применением нового каталитического сорбента на модифицированных базальтовых волокон.

Научная новизна:

- впервые предложена технология получения нового сорбционно-катапитического материала на основе базальтовых волокон с функциональным покрытием ИЗ Мп2Оз И МпС>2, путем окисления Мп2+ с помощью перок-сида водорода в щелочной среде, с последующим термическим закреплением;

- предложен способ регенерации сорбента с помощью водной промывки и слабыми растворами кислот (СНа=0,001 %);

Практическая значимость:

- полученный сорбционно-каталитический материал позволяет проводить деманганацию воды при рН >7 с эффективностью 90-98%, что позволяет получать воду, соответствующую санитарным нормам из подземных источников;

Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом и воспроизводимостью экспериментальных данных, использованием стандартных и тестированных методик, а также современного измерительного оборудования и методов учета погрешностей измерений.

На защиту выносятся:

- исследование кинетики извлечения Мп2+ из воды на полученном материале;

- экспериментальные зависимости эффективности очистки воды от Мп2+ с помощью волокнистого сорбента;

- способ регенерации полученного материала;

- технологии очистки воды от ионов марганца с использованием сорбента-катализатора.

Реализация результатов работы:

Апробация работы. Материалы диссертации ежегодно докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2008-2012), научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь - Барнаулу» (Барнаул, 2009, 2010), Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009, 2010), Всероссийской НПК с международным участием «Безопасность» (Иркутск, 2010, 2012), конференции Международной водной ассоциации (1\УА) «Водоподготовка и очистка сточных вод населенных мест в XXI веке: Технологии, Проектные решения, Эксплуатация станций» в рамках международного форума ЭКВАТЭК-2010 (Москва, 2010), 4-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2011), Межрегиональной НПК «Региональные экологические проблемы» (Белокуриха, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 8 статей, 4 из них - в журналах, входящих в перечень рекомендованных ВАК, получен патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 112 наименований, приложений. Работа изложена на 121 страницах машинописного текста, включает 62 рисунка, 11 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Буравлев, Вадим Олегович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана технология получения нового сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон (Марганосорб), с применением в качестве окислителя пероксида водорода (Н202).

2. Исследованы физико-химические свойства и структура Марганосорба, которые подтвердили наличие каталитической пленки состоящей из оксидов марганца (Мп20з и Мп02).

3. Определены основные характеристики процесса сорбции соединений марганца. Максимальная статическая емкость по марганцу - 15 мг/г, по железу -32 мг/г. Процесс сорбции протекает в смешано-диффузионной области и осложнен поверхностной реакцией, описываемой моделью псевдо-второго порядка.

4. Предложен способ регенерации материала с помощью водной промывки и слабых растворов кислот (СНа=0,001%).

6. Выведено эмпирическое уравнение для определения потерь давления на загрузке от ее удельной массы и скорости фильтрования и, позволяющее проводить расчеты с точностью до 90%.

7. С целью экологически безопасного водопотребления предложена схема во-доподготовки с использованием разработанного материала, при этом ее себестоимость составит 7,80 руб./м , а окупаемость инвестиций - 2,3 года.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Буравлев, Вадим Олегович, Барнаул

1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в РФ в 2010 году». Москва, 2010. - 577 с.

2. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». М.:Стандарт-форм, 2002. - 22 с.

3. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2009 году». М.:НИА-Природа, 2010. - 288 с.

4. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2011 году». М.: ФГУНПП «Аэрогеология», 2011. - 274 с.

5. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае в 2010 году». Барнаул, 2011. - 175 с.

6. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области в 2011 году» Новосибирск, 2012. - 148 с.

7. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Томской области в 2011 году» Томск, 2012. - 175 с.

8. Крайнов С.Р. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. Издание второе, дополненное / С.Р. Крайнов, Б.Н. Рыженко, В.М. Швец, Отв. ред. Академик Н.П. Лаверов. М.: ЦентрЛит-НефтеГаз, 2012. - 672 с.

9. Великанов М.А. Гидрология суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1964. —403 с.

10. Воропаев Г.В., Местечкин В.Б. Физико-географические основы формирования водохозяйственных балансов. М.: Наука, 1981. 136 с.

11. Гольбераг В.М. Выявление областей загрязнения подземных вод // Разведка и охрана недр. 1985. №11. - С. 35-38.

12. Комплексное использование и охрана водных ресурсов/ О.Л. Юшманов, В.В. Шабанов, И.Г. Галямина и др. — М.: Агропромиздат, 1985. — 303 с.

13. Золотова Е.Ф., Асс Г.Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора и сероводорода. М.: Стройиздат, 1975. 176 с.

14. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1987. 479 с.

15. Николадзе, Г. И. Обезжелезивание природных и оборотных вод / Г. И. Николадзе. М.: Стройиздат, 1980. 160 с.

16. Николадзе, Г. И. Улучшение качества подземных вод / Г.И. Николадзе. -М.: Стройиздат, 1987. 239с.

17. Николадзе, Г.И. Водоснабжение / Г. И. Николадзе, М. А. Сомов. -М.: Стройиздат, 1995. 688 с.

18. Комарчев, М. Г. Безреагентный способ удаления железа из воды Текст. / Б. М. Нестеренко, Г. И. Николадзе // Водоснабжение и санитарная техника. 1987. -№ 8. С. 25-27.

19. Николадзе, Г. И. Обработка подземных вод для хозяйственно-питьевых нужд Текст. / Г.И. Николадзе // Водоснабжение и санитарная техника. 1988. № 6. С. 4-9.

20. Животнев, В. С. Обезжелезивание подземных вод : Аналит. обзор / АН СССР / В. С. Животнев, Б. Д.Сукасян. М., 1975. 67 с.

21. Коммунар, Г. М. Опыт внутрипластовой очистки подземных вод от железа / Е. В. Середкина, В. Г. Тесля // Водоснабжение и санитарная техника.-1997.-№ 11.-С. 25-28.

22. Кожинов, В. Ф. Очистка питьевой и технической воды. М.: Стройиздат, 1971. 303 с.

23. Андреев, С. Ю. Совершенствование безреагентных методов обезжеле-зивания подземных вод / С. Ю. Андреев, Б. М. Гришин. М.: ВНИИТИ, 2001.- 112 с.

24. Журба, М. Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. М.: Высшая школа, 1980. - 248 с.

25. Хохрякова Е.А. Водоподготовка: Справочник / Хохрякова Е.А., Резник Я. Е. под ред. С.Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. 240 с.

26. Mores, W. D., Bowman, С. N., Davis, R. H. Theoretical and experimental flux maximization by optimization of backpulsing / W. D. Mores // J. Membr. Sci.-2000. -№2 P. 162- 165.

27. Dott W. Biological remediation processes a challenge for the environmental hygiene: 3rd Eur. Meet. Environ Hyg. / W. Dott, P. Kampfer. Zentralbl. Hyg. Und Um-weltmed. - 1991. - P. 36-39.

28. Сколубович Ю.Л. Подготовка питьевой воды из подземных источников: монография. Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008. - 188 с.

29. Рябчиков, Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. М., 2004. - 327 с.

30. Войтов ЕЛ. Подготовка питьевой воды из подземных источников в экологически неблагоприятных регионах : монография / Е. Л. Войтов, Ю. Л. Сколубович. Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2010. - 220 с.

31. Войтов Е.Л. Очистка подземных вод от железа и марганца модифицированным фильтрующим материалом АРП / Е.Л. Войтов, Ю.Л. Сколубович, А.Ю. Сколубович, М.Н. Бредихин // Известия высших учебных заведений. Строительство (Сибстрин). 2010 - №4 - С. 92-99

32. Губайдуллина Т.А. Фильтрующий материал для очистки воды от марганца и железа, способ его получения и способ очистки воды от марганца и железа / Т.А. Губайдуллина, // Экологические системы и приборы.- 2006 -№8 С. 59-62

33. Фрог Б.Н. Водоподготовка: учебное пособие для вузов./Б.Н. Фрог, А.П. Левченко. М.: МГУ, 1996. - 680 с.

34. Курбатов А.Ю. Способы очистки воды от растворенного железа и марганца / А.Ю. Курбатов, Н. А. Аснис, Т.А. Ваграмян // Химическая промышленность сегодня. 2012 - №4 - С. 48-56

35. Гончиков В.Ч. Фильтрующий материал для очистки воды от железа, марганца и сероводорода / В.Ч. Гончиков, Т.А. Губайдулина, О.В. Каминская, A.C. Апкарьян //Известия Томского политехнического университета.- 2012 №3 - С. 37-40

36. Тарасевич, Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки сточных вод. Киев. Наука думка, 1981. - 195 с.

37. Тарасевич Ю.И., Поляков В.Е., Иванова З.Г.и др. // Химия и технология воды. 2007. - 30, № 2. - С. 159 - 170.

38. Калюкова Е.Н., Письменно В.Т., Иванская Н.Н. Адсорбция катионов марганца и железа природными сорбентами // Сорбционные и хроматогра-фические процессы. 2010. Т. 10. Вып. 2. С. 194-200.

39. Евтюхова, О. В. Исследования по оценке сорбционной способности природных материалов: Тез. док. 15 Менделеев, съезда по общ. и прикл. Химии / О. В. Евтюхова, А. Н. Горшкова, И. А. Попова и др. Минск, 1993. -Т. 1 -С. 370-371.

40. Тарасевич, Ю. И. Физико-химические основы и технология применения природных и модифицированных сорбентов в процессах очистки воды. Химия и технология воды. 1998. - т. 20, № 1. - С. 56-62.

41. Амосова, Э. Г. Изучение новых фильтрующих материалов для обезже-лезивания воды Текст. / Э. Г.Амосова, П. И. Долгополов, А. П. Долгополов // Энергоснабжение и водоподготовка. 2005. № 3. - С. 55 - 59.

42. Чайковский, Г. П. Обезжелезивание и деманганация подземных вод Текст.: учеб. пособие для вузов / Г. П. Чайковский, В. В. Кулаков, Е. В. Сошников. — Хабаровск : ДВГУПС, 1998. 89с.

43. Щербатюк Т.А. Доочистка подземных вод от марганца: Тез. докл. Дальневост. конф. молодых учёных/ кн. 2. Владивосток, 1997. С. 271-272.

44. Barloková D. Iron and Manganese Removal from Small Water Resources // D. Barloková, J. Ilavsky. International Symposium on Water Management and Hydraulic Engineering Ohrid/Macedonia, 2009. P. 499-507.

45. Moslehi P. Heavy metal removal from water and wastewater using raw and modified diatomite // P. Moslehi, P. Nahid. IJE Transactions B: Applications Vol. 20, No. 2. 2007. P. 141-146.

46. Garbarino R. In situ preconcentration of selected trace metals from natural waters: 31st Rocky Mount. Conf. Anal. Chem.: Plasma Spectrochem. Abstr./ R. Garbarino, I. Brinton, E. Taylor. ICP Inf. Newslett, 1989. - P. 45-46.

47. Frischhers H. Oesterr / H. Frischhers, F. Rein. Wasserwirt, 1974. - 26, № 910. - P. 232-239.

48. Eastaugh P. Pollutant treatment process cuts water storage requiremen. Offshore. Int. Ed. 2002. - Vol. 62, № 3. - P. 92-93.

49. Groundwater Microbiology: problems and Biological Treatment.: Proc. IAWPRC Symp. Kuopio. Water Sei. and Technol. 1988. - Vol. 20, №3. -351 p.

50. Гончарук, В.В. Развитие исследований в области окислительных и каталитических методов очистки воды /В.В. Гончарук и др. // Химия и технология воды. 1998. т. 20, № 1. - С. 67-75.

51. Клименко H.A. Развитие исследований в области адсорбции и адсорбционной технологии/ H.A. Клименко, A.M. Когановский// Химия и технология воды. 1998. т. 20, № 1. - С. 45-52.

52. Крылов О.В. Катализ неметаллами. Закономерности подбора катализаторов. Д.: Химия, 1967. 240 с.

53. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука. 1986. 304 с.

54. Технология катализаторов, под.ред. Мухленова И.П.. JL: Химия, 1989. 272 с.

55. Аблесимов Н.Е. Релаксационные эффекты в неравновесных конденсированных системах. Базальты: от извержения до волокна / Н.Е. Аблесимов, А.Н. Земцов. Москва, ИТиГ ДВО РАН, 2010. 400 с.

56. Неорганическая химия: в 3 т. под общ. ред. Ю.Д. Третьякова. М.: Издательский центр «Академия», 2007. Т.З. 352 с.

57. Wang J. Preparation of Manganese Oxide Nanobelts / J. Wang, J. Sun, Y. Bao, X. Bian. J.Mater. Sci. Technol., Vol.19 No 5, 2003. p. 489-491.

58. Characterization and Performance of Filtr Media for Manganese Control / prepared by J.E. Tobiason, A.A. Islam, W.R. Knocke, J. Goodwill and others. By Awwa Research Foundation, 2008. 342 p.

59. Gregory D. Effect of soluble Mn concentration on oxidation kinetics / D. Gregory, K. Carlson // Journal American Water Works Association. 95-1, 2003, p. 98-108.

60. Buamah R. Adsorptive Removal of Manganese, Arsenic and Iron from

61. Groundwater. Diss.The Degree of DOCTOR, Delft (Netherlands). 2009,198 p.

62. Murray J. W. 1985 Oxidation of Mn(II): initial mineralogy, oxidation state and aging / J.W. Murray, J.G. Dillard., R. Giovanoli, H. Moers, W. Stumm // Geochim Cosmochim Acta №49, 463 - 470 p.

63. Mettler S. In situ removal of iron from ground water: Fe (II) oxygenation, and precipitation products in a calcareous aquifer. Diss. Doctor of Natural Sciences. Zurich, 2002, 158 p.

64. Radhakrishnan R. Structure and Ozone Decomposition Reactivity of Supported Manganese Oxide Catalysts. Diss. . Doctor of philosophy in Chemical Engineering. Blacksburg VA, 2001, p. 142.

65. Pham M. Two-Stage Filtration to Control Manganse and DBPS at the Lantern Hill Water Treatment Plant, Masters Projects of Environmental & Water Resources Engineering, 2010, 118 p.

66. Gregory D. Effect of soluble Mn concentration on oxidation kinetics / D. Gregory, K. Carlson // Journal American Water Works Association. 95-1, 2003, p. 98-108.

67. Mettler S. In situ removal of iron from ground water: Fe (II) oxygenation, and precipitation products in a calcareous aquifer. Diss. Doctor of Natural Sciences, Zürich, 2002, 158 p.

68. Селюков A.B. Деманганация подземных вод с использованием перман-ганата калия / A.B. Селюков, C.B. Чекмарева, Н.П. Куранов, В.В. Смирнов // Водоснабжение и санитарная техника. -2009 №2 - с. 33-37

69. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел: пер. с англ. / Под ред. Г. Парфита, К. Рочестера. М.: Мир, 1986. - 488 с.

70. Смирнов, А.Д. Сорбционная очистка воды/ А.Д. Смирнов. JL: Химия, 1982.- 168 с.

71. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1984. - 592 с.

72. Унифицированные методы анализа вод, под ред. Ю.Ю.Лурье, изд. 2-е исправ. М.:1973. - 376 с.

73. ГОСТ 6217-74 Уголь активный древесный дробленый. Технические условия. М.:Стандартинформ, 2001 - 12 с.

74. Буравлев, В.О. Оптимизация процесса водоочистки на новых сорбентах с матрицей из базальтовых микроволокон / В.О. Буравлев, A.B. Панасенко , Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. 2010 - №3 - С. 284-287

75. Буравлев, В.О. Применение новых сорбционных материалов и оборудования для водоподготовки в пищевой промышленности / В.О. Буравлев, A.B. Кондратюк, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. -2011-№3-2-С. 188-191

76. Буравлев, В.О. Исследование сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон / В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова, М.А. Булах // Ползуновский вестник. 2011 - №4-2 - С. 186-188

77. Буравлев, В.О. Исследование нового сорбционно-каталитического материала на основе модифицированных базальтовых волокон для очистки питьевых вод / В.О. Буравлев, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова // Водоочистка. 2012 - №9 - с. 20-27

78. Буравлев, В.О. Новая сорбционная технология очистки воды на основе использования модифицированных базальтовых микроволокнистых материалов / Е.В. Кондратюк, В.О. Буравлев, Л.Ф. Комарова // Вода Magazine. Рынки и тенденции. 2008 -№8 - с. 36-38

79. Буравлев. В.О. Исследование гидравлических свойств нетканнных волокнистых материалов для очистки воды. Ползуновский альманах №2. -2009. с. 82-83.

80. Буравлев. В.О. Производство и перспективы использования микроволокнистого сорбента в водоочистных технологиях, статья / Е.В. Кондратюк, В.О. Кондратюк, A.B. Панасенко, Л.Ф. Комарова // Вода Magazine. -2009 №25(12) - с. 42-44

81. Сравн/а = 0,1439Сравн + 0,653 Р2 = 0,9976200 2501. Сравн, мг/л

82. Рисунок А.7 Линеаризованное уравнение Лэнгмюра для сорбции ионов1. Мп(Н) из раствора3 . 2 ■ ▲*--1 "2 ^ -2-3- 12 4; 1па = 0,37011пС|>ш(+0,1854 Я2 = 0,63741пСрат

83. Рисунок А.8 Линеаризованное уравнение Фрейндлиха для сорбции ионов1. Мп(И) из раствора

84. Рисунок А.9 Линеаризованное уравнение Редлиха-Петерсона для сорбцииионов Мп(И) из раствора1. О 2 4 6 8 10 12 141. Сравн ' , МГ/Л

85. Рисунок А. 13 Линеаризованное уравнение Редлиха-Петерсона для сорбцииионов Ре(Н) из раствора

Информация о работе

Буравлев, Вадим Олегович
кандидата технических наук
Барнаул, 2013
ВАК 25.00.27

Диссертация

Деманганация подземных вод с помощью нового сорбционно-каталитического материала на основе базальтовых волокон - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы