Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Доочистка городских сточных вод от фосфатов методом гальванокоагуляции

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Коничев, Михаил Александрович

Страница

Введение.

Глава 1. Современные методы очистки сточных вод от соединений фосфат-ионов.

1.1. Экологические аспекты загрязнения вод соединениями фосфора

1.2. Формы фосфорсодержащих соединений, присутствующих в сточных и природных водах

1.3. Биологические методы очистки сточных вод от фосфат-ионов

1.4. Реагентные методы доочистки сточных вод от соединений фосфора

1.5. Электрохимические методы доочистки вод от соединений фосфора .,.

1.5.1. Электрокоагуляция.

1.5.2. Гальванокоагуляция.

Выводы к главе 1.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Глава 2 Реактивы, растворы, аппаратура.

2.1. Используемые реактивы и растворы.

2.1.1. Реактивы и растворы для определения малых количеств фосфат-ионов.

2.1.2. Состав бытовых сточных вод и их имитата

2.1.3. Реактивы и растворы для определения тривиальных анионов

2.1.4. Реактивы и растворы для определения основных катионов.

2.2. Аппаратура.

2.3. Схема установки для процесса гальванокоагуляции и устройство гальванокоагулятора.56*

Глава 3. Разработка фотометрической методики определения микроколичеств фосфат-иона в водах.

3.1. Современные методы определения фосфат-иона.

3.2. Разработка фотометрической методики определения микроколичеств фосфат-иона в водах.

3.2.1 . Выбор реагента для определения молибдат-иона. Определение молибдат-иона реагентом сульфонитразо Э.

3.2.2. Расчет интервала определяемых концентраций фосфат-иона

3.2.3. Отработка методики получения фосформолибденового комплекса и определение оптимальных условий его экстракции.

3.4. Методика определения фосфат-иона.

3.5. Определение фосфат-иона в водах

Выводы по главе

Глава 4. Разработка гальванокоагуляционного метода доочистки городских сточных вод от фосфатов.

4.1. Выбор типа скрапа

4.1.1. Определение стационарной разности потенциала гальванопары

4.2. Определение оптимальных условий доочистки от фосфат-иона . 8$

4.3. Определение степени доочистки сточных вод от тривиальных анионов

4.4. Изменение жесткости сточных вод в процессе доочистки методом гальванокоагуляции.

4.5. Определение степени доочистки от катионов цветных металлов

4.6. Определение расхода скрапа при доочистке сточных вод.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Доочистка городских сточных вод от фосфатов методом гальванокоагуляции"

Актуальность работы. Охрана водных ресурсов - одна из важнейших экологических задач на современном этапе развития человечества, поскольку наблюдается качественная деградация водных ресурсов, приводящая к деградации биогеоценозов.

В Мировой океан со стоком речных вод ежегодно сбрасывается 4010 т соединений фосфора и азота (в пересчете на элементы). Поэтому особого внимания заслуживает проблема очистки и доочистки городских сточных вод от биогенных компонентов - соединений углерода, азота и фосфора, способствующих эвтрофикации водоемов. Эвтрофикация - процесс роста биологической растительности водоемов, происходящий вследствие изменения баланса питательных веществ.

Поскольку вода поглощает атмосферный диоксид углерода, ограничить концентрацию углерода в ней сравнительно трудно. Более целесообразно бороться с эвтрофикацией путем сведения к минимуму сбрасываемых в водоемы соединений азота и фосфора. Известно, что при концентрации фосфат-иона ниже 0,05 мг/ дм3 процесс эвтрофикации почти полностью прекращается.

Содержание фосфат-ионов в воде в пересчете на фосфор колеблется в пределах от 0,02 до 1,6 мг/дм3, то-есть, верхний предел значительно превышает предельные концентрации, не вызывающие эвтрофикации, и часто желательна доочистка городских сточных от фосфат-ионов.

Оценка содержания фосфат-иона на нижнем уровне требует, особенно при разработке технологических схем доочистки, надежного контроля. Поэтому определение малых содержаний фосфат-ионов является важной задачей. В настоящее время наиболее часто для их определения в водах используют фотометрический метод и большинство таких методик связано с переводом фосфат-иона в желтые фосфоромолибденовую или фосфо-рованадиевомолибденовую гетерополикислоты с последующим восстановлением их до синих гетерополикислот, обладающих существенно большей интенсивностью светопогашения. Предел обнаружения фосфат-иона по синей гетерополикислоте составляет 0,1-1 мг/дм3, что не всегда позволяет надежно контролировать процесс доочистки. К тому же интенсивность окраски синего гетерополисоединения зависит от природы и количества восстановителя, условий реакции (температуры, рН, времени проведения анализа и т. д.).

Сказанное выше показывает, что доочистка городских сточных вод от фосфатов и разработка методики определения микроколичеств последних являются актуальными задачами.

Цель работы. В соответствии с указанными выше проблемами целью настоящей работы была разработка теоретического обоснования и практических рекомендаций по доочистке сточных вод от фосфатов, а также способа контроля качества глубокой очистки.

В соответствии с этой целью в работе решались следующие задачи:

- разработка фотометрической методики определения микроколичеств фосфат-иона в очищенных сточных водах;

-выбор на основании литературных данных наиболее перспективного способа доочистки (таковым оказался метод гальванокоагуляции);

- разработка конструкции и создание лабораторного образца гальванокоагулятора для исследования процесса очистки вод методом гальванокоагуляции;

- исследование возможности удаления фосфат-иона и некоторых сопутствующих ему ионов из городских сточных вод при их доочистке методом гальванокоагуляции;

- разработка рекомендаций по доочистке городских сточных вод от фосфатов методом гальванокоагуляции.

Научная новизна работы заключается в следующем: а

- разработана фотометрическая методика определения микроколичеств фосфат - иона;

- определены количественные характеристики процессов, »лежащих в основе гальванокоагуляционного процесса доочистки городских сточных вод от фосфат-ионов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- предложен гальванокоагуляционный метод доочистки городских сточных вод от фосфат-ионов;

- определены основные количественные характеристики соответствующего технологического процесса;

- разработано аппаратурное оформление для лабораторного исследования процесса;

- разработано методическое указание к лабораторным работам "Методы очистки сточных вод. Гальванокоагуляционная очистка".

Положения, выносимые на защиту:

- новый метод определения микроколичеств фосфат-иона в сточных и природных водах;

- результаты исследований по применению метода гальванкоагуляции для доочистки городских сточных вод;

- результаты разработки метода доочистки городских сточных вод от фосфат-ионов методом гальванокоагуляции.

Апробация работы:

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях "Качество воды и здоровье человека" (Одесса, октябрь 1999 г,) и "Экологическая и техногенная безопасность" (Харьков, май 2000 г.), на 4-м Международном Конгрессе "Вода: экология и технология" (Москва, июнь 2000), на IV Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика-2000" (Краснодар, сентябрь 2000 г.) на научных конференциях Московского педагогического университета (Москва, 1998 - 2000 г.г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей; 4 тезиса докладов и составлено методическое указание к лабораторным работам.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав экспериментальной части, выводов и списка литературы. Она изложена на 130 страницах, включает 8 рисунков и 18 таблиц. Список литературы содержит 113 работ отечественных и зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Коничев, Михаил Александрович

Общие выводы.

1. Разработан и реализован на практике лабораторный вариант гальва-окоагулятора, с помощью которого исследована возможность доочистки эродских сточных вод от фосфат-ионов методом гальванокоагуляции.

2. Оценены условные значения ЭДС для гальванопар Си - Ре и С - Ре. )пределены количественные характеристики процесса гальванокоагуля-,ии.

3. Показано, что при достаточном времени контакта с гальванопарой скорости пропускания очищаемой воды через гальванокоагулятор) фос-эат-ион удаляется практически полностью в широком интервале темпера-ур. Также удаляются до 30% хлорид- и нитрат-ионов, до 50% сульфат-юна и до 45% кальция, что приводит к снижению солесодержания вод поч-и на 40%. Одновременно почти полностью удаляются ионы железа и фактически полностью - цветных металлов.

4. Сформулирован подход к разработке технологической схемы доочист-:и городских сточных вод от фосфат-ионов этим методом.

5. Разработана методика определения фосфат-иона на уровне 0,02 -0,3 о лг/дм (в пересчете на фосфор), заключающаяся в связывании фосфат-иона в фосфоромолибденовую гетерополикислоту, экстракции ее изо-амилацетатом, реэкстракции в слабощелочную водную фазу с рН 8-9 при соотношении водной и органической фазы 1:1 и микроволновой обработке пробы и фотометрическом определении молибдена в полученном растворе : помощью реагента сульфонитразо Э. Методика опробована на модель--1ых водных растворах, водопроводной воде и речной водах.

5. Составлены методические указания для лабораторной работы "Методы очистки сточных вод. Гальванокоагуляционная очистка" для студентов педвузов химических специальностей.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Коничев, Михаил Александрович, Москва

1. Родина И. С. Особенности очистки воды эвтрофированных водохранилищ // Труды ВОДГЕО. Глубокая очистка природных вод из источников повышенной загрязненности,- М.-1993.-С.43-46.

2. Bernard Н. Aufbereitung von Wasser und Talsperren // "DVGW": Schriftern

3. Wasser.- 1987.- № 26. S. 235. . Работнова Л. И. Общая микробиология.- М.: Высшая школа, 1980. -465 с.

4. Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды./ Под. ред.

5. Лурье Ю. Ю., Рыбникова А. И. Химический анализ производственных сточных вод.- М.: Химия, 1974. С. 336.

6. Лейте. В. Определение органических загрязнений питьевых, природных и сточных вод. / Под ред. Ю. Ю. Лурье. М.: Химия, 1975. -С.200.

7. Хаммер M. Технология обработки сточных вод.- М.: Стройиздат, 1979. -С.127-134, 246-248.

8. Фосфор в окружающей среде. Пер. с англ./ под ред. Э. Гриффита и др. М.: Мир, 1977. С.650-655.

9. ВельнерХ. А., Лойгу Э. О., Саава А. Э. Регламентирование биогенных веществ для малых рек Балтийского региона // Тез. док. Ill Всесоюз. симпоз. «Антропогенное эвтрофирование природных вод.» М., 1983.

10. Cronstrjm A. Southuesten Stocyolm Regional Treatment sustem. Iron, water Pollut/Contr.Ted.,1983. № 45,- S.8.

11. Toxic and enviroment an issue summarizing process desing information for removal methods of phosphorus in domestic wastewaters.// Toxic Substances Journal, 1988,- 8, № 2 -3. - P. 63-259.

12. Разумовский Э. С. Глубокая очистка сточных вод // Водоснабжение и сан. техника.-1992,- № 6.- С.5-6.

13. Разумовский Э. С., Залетова Н. А. Удаление биогенных элементов из городских сточных вод // Водоснабжение и сан. техника 1991. - № 6-С.28 -30.

14. Контроль химических и биологических параметров окружающей сре-ды./под ред Исаева Л. К. С.-П.: Изд-во информ. центра "Союз", 1988. - 896 с.

15. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М., Воронов Ю. В. Очистка производственных сточных вод М.: Стройиздат, 1979. - С. 208-215

16. Химия промышленных сточных вод. / Под ред. А. Рубина М.: Химия, 1983.-360 с.

17. Врочинский К. К, Телитченко M. М., Мережко А. И. Гидробиологическая миграция пестицидов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. - 120 с.

18. Фосфор и калий в природе./ Под ред. А. П. Зинина М.: Наука, 1986-С. 342 - 348.

19. Х.Корбридж Д. Фосфор, основы химии, биохимии, технологии. Пер. с англ. / под ред. Нифантьева Э. Е. М.: Мир, 1982 - 769 с.

20. Ь.Кульский Л. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. Киев.: Вища школа, 1981.- 328 с.

21. Возная Н. Ф. Химия воды и микробиология,- М.: Высшая школа,1979,-С.341.

22. Лукиных Н. А.,Липман Б. Я, Криштул В. П. Методы доочистки сточных вод М.: Стройиздат, 1978. - 156 с.

23. Ковалева И. Г., Ковалев В. Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности. М.: Химия, 1987. -243 с.

24. Илялетидинов А. И., Алиева Р. М. Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод. Алма-Ата: Гылым,1990. - С.34-37.

25. Залетова И. А. Удаление азота и фосфора для городских станций аэрации // Водоснабжение и сан. техника 1993. -№ 9. - С.3-5.

26. Залетова И. А., Башкатова Л. В., Пятачкова Е. В., Бриштен Л. К. Удаление биогенных веществ из городских сточных вод // Водоснабжение и сан. техника 1992. - № 3.- С. 10 -11.

27. Синев О. П. Интенсификация биологической очистки сточных вод. К.: Техника, 1983. -110 с.

28. Родзиллер И. Д., Зотов В. М. Роль высшей водной растительности в доочистке биохимически очищенных сточных вод. // Водоснабжение и сан. техника.- 1971. № 1. - С. 17-18.

29. Toxic and the environment an issue summarizing process desing information for removal methods of phosphorus in domestic waster waters. // Toxic Sub-stences Jornal. -1988. -8. №2-3. P. i-iv 63-259.

30. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976. 512 с.

31. Жуков А. И. Методы очистки производственных сточных вод- М.: Стройиздат, -1977. -267 с.

32. Бабенков В. Д. Очистка воды коагулянтами М.: Наука, 1977. - 356 с.11 .Запольский А. К., Баран А .Я. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки вод: Свойства. Получение. Применение.- Л.: Химия, 1987. 208 с.

33. Пилипенко А. Т., Фалендыш H. Ф., Пархоменко Е. П. Состояние алюминия в водных растворах.// Химия и технология воды. 1982. - 4.- №2. -С.136-150.

34. Ъ.Лукиных Н. А. Очистка городских сточных вод от биогенных веществ. МЖКХ РСФСР,- М. 1989. (Сер. Водоснабжение и канализация. Обзор информ. АКФ им. К.Д.Памфилова. Ин-т экономики жилищно-коммунального хоз-ва.)

35. Кульский Л. А., НакорчевскаяВ. Ф. Химия воды. Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод. Киев: Вища школа, 1983.-240 с.

36. Клименко Н. А., Левченко Т. М. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.: Химия, 1983. - 89 с.

37. Гвоздев В Д. Ксенофонтов. Б. Е. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков,- М.: Химия, 1988. 113 с.

38. Залетова Н. А., Шарыгин Ю. М., Зайцев А. В. Биолого-химический очистка городских сточных вод // Водоснабжение и сан. техника.- 1986. -№10.-С.7-9.

39. Шутько А. П. Очистка воды основными хлоридами алюминия Киев.: Техника. - 1978.- 97 с.

40. З.Запольский А. К., Соломенцева И. М. Интенсификация водоподготовки с помощью гидроксосульфата алюминия // Бум. пром-сть.-1985. № 8. -С. 23.

41. А.Панченко Л. И., Соломенцева Н. Г. и др. Применение гидроксосолей алюминия для очистки транспортно-моечных вод сахарных заводов.// Химия и технология воды-1988. №4.- С. 26.

42. Шутько А. П., Сороченко В. Ф., Куликовский Л. С. и др. Очистка вод основными хлоридами алюминия.- Киев: Техника, 1984 -136 с.б.Справочник по свойствам и методам анализа и очистке воды. Киев: Наукова думка, 1980. - 680 с.

43. Луценко Г. Н., Цветкова А. И., Тугуьцева Н. Н. Технологические схемы физико-химической очистки городских сточных вод // Тез. докл. Всесо-юзн. научно-техн. конф. Харьков, 1982 С. 21 - 24.

44. Сафиев X., Гладушко В. И., Запольский А. К. // Хим. технол., 1979- № 4,- С. 12-14.

45. Захарова В. И., Николаев И. В., Луценко Г. Н. И Химия и технология воды, 1985.-7, № 5.-С. 65-66.

46. Ю.Кульский Л. А., Строкач, Слипченко В. А., Сайгак Е. И. Очистка воды электрокоагуляцией.- Киев: Будивельник, 1978. -112 с.

47. М.Кульский Л. А., Гребенюк В.Д., Савлук О.С. Электрохимия в процессах очистки воды. Киев: Техника, 1987.- 220 с.

48. Назарян. М. М., Ефимов В. Т. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков.- Харьков.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1983. 142 с.

49. Образцов В. В. Получение алюминиевых коагулянтов из отходов машиностроительных предприятий: Автореф. дис. . канд. техн. наук. К.: воды. Киев: Техника, 1987. -22 с.

50. Соколова Л. И., Коперина Е. В. и др. Гальванокоагуляционный метод очистки сточных вод с утилизацией образующихся отходов.// Тез. докл. Межотр. научно-техн. конф. ВНИИМИ. М.: 1991. - С.3-5.

51. Виноградова О. О., Погорелое В. И., Феофанов В. А. Применение гальванокоагуляции для очистки промышленных сточных вод. // Цветн. металлургия, 1993. № 11. - С. 59-60.

52. Муханин Б. С. Феофанов В. А., Жданова Л. П. Метод гальванокоагуляции для очистки хромсодержащих сточных вод. // Цветн. металлургия, 1988. -№3-С.52.

53. Волков Я С., Андреева Л. А. и др. Обезвоживание и утилизация осадков после гальванокоагуляционной обработки сточных вод.// Тр. ин-та ВНИИ Водгео. Вопросы физико-химической очистки промышленных сточных вод. М.: 1984. - С. 205-206.

54. Андреев П. П., Рыкова Т. Ф., Соловьева Е. В. Очистка шахтных вод методом гальванокоагуляции.// Цветн. металлы 1988. - № 9. - С.39-40.

55. Колориметрические (фотометрические) методы определения неметаллов / Под ред. А. И. Бусева. М.: Иностр.лит-ра, 1963. - С.9 -33.

56. Дедков Ю. М., Рыбина Т. Ф., Яковлев П. Я. Исследование условий фотометрического определения молибдена с реагентом сульфонитразо. // Заводск. лаборатория. -1972. № 7. - С. 787-790.

57. Т.Ермоленко Л. В., Дедков Ю. М. Фотометрическое определение алюминия в водах реагентом сульфонитразо ДАФ.// Журн. аналит. химии 1988. -44, №6.-С. 1030-1035. 78. Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.- М. Химия, 1984. - 448 с.

58. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии.- М. Химия, 1979. -480 с.

59. Доерфель К. Статистика в аналитической химии. М.:Мир,1969. -222 с.

60. Уильяме У. Дж. Определение анионов. М.: Химия, 1982. - С.456-454.

61. Новиков Ю. В., Ласточкина К. О., Болдина 3. Н. Методы исследования качества вод водоемов. М., Медицина, 1990. - С.115 - 121.

62. Унифицированные методы исследования качества вод. Часть 1. Методы химического анализа вод. М.: Изд-во СЭВ, 1987. -Т.1, Ч.1.- С. 694 -706.

63. Лурье Ю. Ю., Панова В. А. Очистка промышленных сточных вод. М.: ВОДГЕО, 1969.-№4.-С. 180.

64. БабкоА. К., Пилипенко А. Т. Фотометрический анализ. Методы определения неметаллов. М.: Химия. -1974. -359с.

65. Аналитическая химия фосфора. / под ред. А. П. Виноградова. М.: На-у-ка, 1974. - С. 52-55.

66. Э.Трохименко О. М., Сухан В. В., Набиванец Б. И. Оптимизация методики фотометрического определения полифосфатов в водах посредством мо-либдата и олова(Н). //Химия и технология воды. 2000 - 22, №2. -С.145-150.

67. ГОСТ 18309-72. Вода питьевая. Метод определения содержания полифосфатов. Введ. 01.01.74.

68. Chalmers R., Singlair F. //Anal. Chem. Acta, 1965, 33. -S.348.i2. БабкоА. К., Шкаравский Ю. Ф. //Журн. неор. химии, 1963, №8.- С. 934.

69. З.Трохименко О. М. Концентрирование и определение микроколичеств фосфора (V) и Tl(l) в водах с использованием гетерополикомплексов фосфора. Автореф. дис. . кан. хим. наук./ КНУ им. Т.Шевченко., Киев, 2000. 17 с.

70. Трохименко О. М., Фалендыш Н. Ф, Трачевский В. В. Экстракционно-фотометрическое определение фосфора по образованию фосфорномолибденового комплекса.// Химия и технология воды. 1994. - 16, №5,-С.535-540.

71. Wadelin С., Mellon М. G.// Analit. Chem., 1953. 25. - P. 1668.

72. Schafer Т. L„ Fong J., Kirk P. UI Analit. Chem., 1953,- 25. P.343. )7. Helsop R. В., Pearson E. F. //Analit Chem. Acta,1967,- 39. -P.348.

73. Ганаго Л. И., Ищенко Н. Н., Старобинец J1. Г., Пушкарева Т. М. Прямой флотационно-фотометрический метод определения фосфора в питьевой воде.//Химия и технология воды. 1984. -6, №2 - С. 156-157. )9. Lorant М. // Chem. Rundschau, 1979 - 12. - S. 479.

74. Furmann N. H., State Y.// Ind. Eng. Chem., Anal. Ed.,1936,- 8. -S.420.

75. Lindley G.//Analit Chem. Acta, 1961,- 25. -S.1668.

76. Конкин В. Д.//Зав. лаб.,1939, 8-С.322.

77. ЮЗ. Сборник методов анализа промышленных сточных вод предприятий цветной металлургии, применяемых в химико-аналитических лабораториях. Часть II. /Тр. ин-та Казмеханобр.-Алма-Ата, 1988. С.71-78.

78. Бабко А. К., Шкаравский Ю. С., Кулик В. И. // Журн. аналит. химии. 1966.- 21, № 1. С.196.

79. Бабко А. К., Шкаравский Ю. С.,Ивашкович Е. М.// Укр. хим. Журнал. 1967,- 33.-С. 951.

80. Чалая 3. И., Якумова М. Н.// Зав. лаборатория. 1966,- 32. С.792.

81. Трохименко О. М., Фалендыш Н. Ф., Трачевский В. В. //Химия и техн. воды. 1994. -16, № 5,- С.535 -540.

82. Пилипенко А. Т., Трохименко О. М. Фалендыш Н. Ф.// Там же. 1994. -16, № 1.- С. 32-36.

83. Вакулич А. Н., Цыганюк Л. П., Вишникин А. Б. // Там же. 1998.-20, № 6. - С.604-607.

84. Djurkin V., Kirkbright G. F., West Т. SM Analyst. 1966, 91. - №89. - S. 89.

85. Арсаланова H. В., Мясоедова А. С. Судаков Ф. П. // Журн. аналит химии, 1971. 26, № 4. - С. 947.

86. Halasz А., Polyak К, Pungor Е. // Magy. Kern. Folyorat, 1970 76. -S.545.

87. Лельчук Ю. Л., Соколович В. Б., Деткова Г. А.// Изв. Томского политех, ин-та, 1967. С. 144.