Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем"

На правах рукописи

Кривошеий Дмитрий Александрович

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СИСТЕМ

Специальность - 03.00.16 - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

МОСКВА - 2005

Диссертация выполнена на кафедре экологического мониторинга и прогнозирования экологического факультета Российского университета дружбы народов.

Научный консультант:

Доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор доктор химических наук, профессор доктор химических наук, профессор

Зволинский Валентин Петрович

Скурлатов Юрий Иванович Фрог Борис Николаевич Конюхов Валерий Юрьевич

Ведущая организация:

Государственный научный центр Всероссийский научно-исследовательский физико-химический институт (ГНЦ ВНИФХИ) им. Л. Карпова.

Защита состоится СИ/^е/Д 2005 г. В £час мин, на заседании диссертационного совета Д 212.203.17 на экологическом факультете Российского университета дружбы народов по адресу: 113093, г. Москва, Подольское шоссе, д.8/5, экологический факультет РУДН.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу:

117293, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан «{Р

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор

Черных НА.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большинство современных промышленных предприятий в России использует «концевые» технологии очистки, при которых суммарные выбросы или сбросы очищаются в конце производственного процесса. Такой подход не может обеспечить экологическую чистоту производства, поскольку не позволяет вернуть ресурсы и сырье в технологический цикл. Эту проблему можно решить с помощью локальной очистки стоков. Локальные очистные устройства - это аппараты, которые устанавливают непосредственно у источника загрязнения окружающей среды для нейтрализации его негативного воздействия. Аппараты, объединенные в технологическую схему, образуют локальную очистную систему.

Эти системы должны обладать высокой эффективностью, компактностью, универсальностью, простотой и экономичностью. Такие системы легче автоматизировать, их можно проектировать по блочному принципу, что позволяет, в случае необходимости, плавно наращивать производительность.

Основное преимущество локальных очистных систем заключается в их большей гибкости, позволяющей с минимальными затратами переориентироваться на очистку выбросов или сбросов. При этом объемные расходы, состав и концентрации в них могут варьироваться в широких пределах.

Локальные очистные системы применяются для очистки промышленных и бытовых выбросов (сбросов) и обеспечивают возможность возврата сырья и ресурсов в технологический цикл на уровне отдельного технологического процесса или нескольких процессов.

До начала выполнения наших исследований в литературе отсутствовали публикации, развивающие комплексный подход к созданию локальных очистных систем. Решению этой проблемы и посвящена данная диссертация.

Цель работы - разработка физико-химических основ локальной очистки промышленных и бытовых водных стоков и газовоздушных выбросов с целью реализации на практике принципов организации малоотходного производства и оздоровления окружающей среды.

Основные задачи, решаемые в представленной работе:

• анализ современных методов очистки сточных вод и газовоздушных выбросов;

• разработка методологии комплексного анализа экозащитных процессов;

• эколого-химическое исследование процессов локальной очистки промывных стоков гальванических производств;

• разработка эффективных методов защиты воздушной среды в гальваническом производстве;

• исследование анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков;

• оценка эффективности применения локальных очистных систем. Научная новизна работы.

Разработаны методологические основы оптимизации локальных экозащитных процессов, обоснованы безразмерные критерии и термодинамические параметры для количественной экспресс-оценки эффективности экозащитных процессов.

Исследованы гетерогенные физико-химические процессы, лежащие в основе реагентного, электрокоагуляционного, гальванокоагуляционного и ионообменного методов очистки сточных вод. Рассчитаны термодинамические параметры реакций восстановления ионов тяжелых металлов и хрома. Оценены расходы реагентов и количества образующихся осадков. Установлены кинетические параметры химических реакций и массообменных процессов, протекающих в гетерогенных системах. Определены концентрации ионов тяжелых металлов в промывных стоках.

Проведен термодинамический анализ и исследованы кинетические характеристики реакций цементации, протекающих при очистке стоков от ионов тяжелых металлов гальванокоагуляционным методом.

Установлено, что процессы цементации катионов на

поверхности металлического железа являются необратимыми реакциями первого порядка (К=4,0-104Н2-102 W/cA). Максимальная скорость цементации наблюдается для Си2+, а минимальная - для Ni2+. Показано, что ионы цинка удаляются из раствора за счет сорбции гидратом оксида железа с возможным образованием

мицеллярной структуры.

С помощью расчетов критерия Пиллинга-Бедвордса построена качественная модель структуры цементационных пленок, образующихся на поверхности металлического железа: для они сплошные, для - пленки носят

островковый характер, а в случае реализуется промежуточный вариант.

Зависимость концентрации Ni2+ от времени цементации является линейной, т.е. реакция протекает в кинетической области. Криволинейная зависимость для Sn2+, и Си2+ указывает на переход реакции из кинетической области в диффузионную.

Изучены возможности использования персульфатов натрия, калия или аммония в качестве реагентов, подавляющих выделение диоксида азота из травильных ванн при обработке меди и ее сплавов.

Измерены кинетические характеристики анаэробного и аэробного процессов очистки бытовых сточных вод в локальных очистных установках. Сформулированы требования к стокам, обрабатываемым с использованием анаэробного реактора восходящего потока. Изучено изменение показателей БПК и ХПК в реакторе при обработке бытовых стоков.

Практическая ценность. Разработана эффективная технология очистки хромсодержащих стоков и на ее основе создана локальная ионообменная установка, позволяющая существенно снизить отходы при хромировании металлов. Усовершенствован гальванокоагуляционный метод очистки сточных вод от хрома и ионов тяжелых металлов. На основе локальной ионообменной и гальванокоагуляционной установок предложена интегрированная технологическая схема комплексной очистки хромсодержащих промывных стоков.

Предложены два основных направления защиты воздушной среды от загрязнения диоксидом азота, выделяющегося при травлении меди и ее сплавов: абсорбционный способ очистки с использованием специально разработанной барботажной колонны и метод подавления образования диоксида азота непосредственно в травильной ванне путем добавления в нее персульфатов.

Опробован на практике анаэробный метод очистки бытовых стоков. Результаты экспериментальных исследований использованы для проектирования натурного реактора восходящего потока с активным илом (РВП-АИ).

Разработанные технические решения были опробованы в производственных условиях, где показали высокую эффективность. Содержание ионов тяжелых металлов в стоках после очистки исследованными методами не превышают величины

пдк.

Предложена усовершенствованная схема очистки промышленных стоков, включающая в себя оборотную систему многократного использования 90 % технологической воды с автоматизированным контролем качества очистки стоков.

При защите воздушной среды от загрязнения диоксидом азота эффективность метода абсорбции составляет 92-96 %. Использование персульфатов полностью исключает выделение оксидов азота (эффективность 100 %).

Показано, что метод анаэробной очистки стоков обеспечивает соблюдение нормативов качества воды - степень очистки стоков составляет (%): по биологически окисляемым веществам - 63, по маслам и жирам - 41, по ПАВ - 89.

Предложенные и испытанные на практике локальные очистные системы позволяют снизить загрязнение окружающей среды до безопасных значений и обеспечивают существенный экономический эффект. Данные технические решения защищены 4 патентами.

Положения, выносимые на защиту.

• Введение и обоснование нового системно-экологического понятия -«экозащитный процесс» с целью определения комплекса химико-технологических процессов, обеспечивающих защиту окружающей среды от техногенных видов загрязнений.

• Классификация экозащитных процессов основанная на различии скоростей химических и диффузионных процессов, протекающих в гетерогенных многокомпонентных системах.

• Комплексный физико-химический подход к проблеме очистки промышленных и бытовых стоков,

• Новые безразмерные индексы для количественной экспресс-оценки эффективности экозащитных процессов.

• Термодинамические характеристики техногенного воздействия промышленного производства на окружающую среду.

• Методология выбора эффективных экозащитных процессов с учетом химических, технологических и экологических факторов.

• Физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем для защиты окружающей среды от техногенного воздействия.

• Эколого-химическое обоснование анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков.

• Оценка эффективности применения локальных очистных систем.

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях, конгрессах, форумах, выставках и семинарах: Российская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии машиностроения» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь 1992); Всероссийская научно-методическая конференция «Проблемы формирования личности инженера XXI века» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, январь, 1993); Российская научно-

техническая конференция «Новые материалы и технологии машиностроения» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь, 1993); Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь 1997); Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии - НМТ-98» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь 1998); Семинар в рамках Международной специализированной выставки «Отходы 1999: индустрия переработки и утилизации» (Москва, Госкомитет РФ по охране окружающей среды, июнь 1999); Всероссийские конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, экологический факультет РУДН, апрель 2002 и 2003 гг.); Международный форум «Инновационные технологии ХХ1-го века для рационального природопользования, экологии и устойчивого развития» в рамках Международной выставки «Экоэффективность - 2004» октябрь, Москва.

Диссертация докладывалась и обсуждалась на научных семинарах кафедры экологического мониторинга и прогнозирования РУДН и кафедры «Промышленная экология и безопасность производства» МАТИ им. К.Э. Циолковского в 2000-2005 г.г., а материалы диссертации внедрены в учебный процесс этих кафедр.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 55 научных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и десяти приложений. Объем текста основной части работы 319 страниц, 87 иллюстраций и 83 таблицы.

В первой главе - «Современные методы локальной очистки водных сбросов и воздушных выбросов» - диссертации сделан аналитический обзор работ, посвященных современным экозащитным процессам, применяемым в различных отраслях промышленности. Приведена классификация загрязнений окружающей среды и методов очистки. Рассмотрены принципы организации малоотходных и безотходных производств. На основании анализа литературных данных сформулирована постановка задачи данной диссертации.

Во второй главе - «Методология комплексного анализа эффективности экозащитных процессов» - представлены результаты разработки методологии комплексного анализа эффективности экозащитных процессов и сформулированы теоретические подходы, которые необходимо использовать при совершенствовании существующих и разработке новых экозащитных процессов.

Практически все экозащитные процессы, протекающие в промышленных аппаратах, являются неравновесными. Так, неравновесность массообменного экозащитного процесса можно охарактеризовать коэффициентом извлечения загрязняющего вещества ($?) из одной фазы (например, газовой) в другую (жидкую):

.Су.-л)

V-

(1)

(Л-л)'

где: уг - начальная концентрация распределяемого (загрязняющего) вещества в одной из фаз (например, газовой) на входе в очистной (массообменный) аппарат;

- конечная концентрация распределяемого (загрязняющего) вещества на выходе из аппарата; равновесная (предельно достижимая) концентрация распре-

деляемого вещества на выходе из очистного (массообменного) аппарата.

С учетом того, что уж всегда меньше у\, имеем <р<1, Чем меньше ф отличается от единицы, тем эффективнее организован массообменный экозащитный процесс, тем меньше его неравновесность.

Показатель эффективности экозащитного процесса определяется из следующего выражения:

где: Ск И С1ЬЦ - концентрации загрязняющих примесей до и после проведения процесса очистки.

В работе выведена зависимость между величинами г} и <р (при условии

- предельно допустимая концентрация извлекаемого при очистке вещества в соответствующей среде):

ь-'-пдк,

>? = (1--)-<Р-

(3)

Из уравнения (3) следует, что чем больше значение <р, т.е. меньше неравновесность процесса очистки, тем выше его эффективность.

Для количественной оценки наилучшего использования разности потенциалов в работе предложено использовать величину интенсивности процесса определяемую по формуле:

(4)

где: / - интенсивность процесса; М - масса или объем перенесенного или прореагировавшего вещества; К - кинетический коэффициент или коэффициент ско-

роста процесса; Д - движущая сила процесса (разность потенциалов); А - рабочий объем аппарата; г - продолжительность процесса.

Чем больше величина тем быстрее протекает соответствующий эко-защитный процесс. Нами показано, что для практических целей интенсивность проще вычислять по следующей формуле:

где: - число смен объема очищаемой жидкости или газа в экозащитном аппарате за определенный промежуток времени; г - интервал времени.

Нами предложены количественные безразмерные критерии, аналогичные критериям подобия Рейнольдса, Нуссельта, Прандтля и др., которые используются при физическом моделировании. В работе сформулированы основные требования к этим критериям:

-критерии должны учитывать влияние на состояние окружающей среды химического, технологического и экологического факторов процесса;

-математическая структура рассматриваемых критериев должна быть простой и не допускать неопределенностей типа 0/0 или »А»; -критерии должны быть безразмерными;

-критерии должны основываться на известных физических, химических, технологических и экологических закономерностях, причем для их расчета должно использоваться минимальное количество доступных исходных данных;

-критерии должны количественно характеризовать загрязнение окружающей среды, возникающее при действии техногенных факторов, а также эффективность экозащитных процессов.

Эти критерии были выведены для одноступенчатой и многоступенчатой очистки. В случае одноступенчатой очистки концентрация загрязняющего вещества, поступающего на очистку, обозначалась как а концентрация загрязняющего вещества на выходе из очистной установки как Вывод критерия основывался на относительной концентрации:

и эффективности очистки у. При этом - средняя концентрация данного загрязняющего компонента в окружающей среде. Величина не должна превышать ПДК. Равенство (6) можно переписать в виде:

(6)

пдк

Причем:

В числителе последнее выражение содержит концентрацию Свы1, которая является химическим параметром экозащитного процесса, а знаменатель (величина ПДК) учитывает экологические требования. В качестве параметра, характеризующего технологические особенности рассматриваемого процесса, введем в состав выражения (7) величину у, определяемую по формуле (2). Выразим из этой формулы величину:

и подставим ее в формулу (7):

С,ш С„(1-7)

(10)

пдк пдк

Последнее выражение является критерием эффективности экозащитного процесса при одноступенчатой очистке

(И)

Данный критерий учитывает влияние всех трех факторов экозащитного процесса на состояние окружающей среды: химического , технологического (эффективность очистки )/) и экологического (ПДК). Величина этого критерия может меняться от нуля (загрязнение окружающей среды отсутствует) до единицы (загрязнение окружающей среды на уровне ПДК). Если при использовании экозащитного процесса критерий , то процесс, применяемый для очистки, не обеспечивает нормативных требований по охране окружающей среды. При использовании формулы (11) предполагается, что фоновое загрязнение окружающей среды отсутствует, т.е. Сф=0. В противном случае в знаменателе должна стоять величина

В работе показано, что критерий удовлетворяет всем пяти сформулированным требованиям. Для случая многоступенчатой очистки вывод критерия основывался на следующей схеме очистки:

Технологический ЭП-1 ЭП-2 ЭП-1

процесс Щ Ъ Ц,

ЭП-п П.

Рис. 1. Схема многоступенчатой очистки: ЭП-1, ЭП-2,..., ЭП-п - первый, второй,..., п-ый экозащитный процесс или устройство; - эффективность очистки на первой, второй.....п-ой ступенях.

Концентрации загрязняющего вещества до экозащитного процесса на первой, второй, ступенях очистки обозначили как

а п°сле процесса - гак С^, , С^,..., С^.....С^.

Для потоков соблюдаются следующие зависимости:

Эффективность очистки на первой ступени:

Выразим из этого равенства

-«ыг1 = (1

Аналогично для - ой ступени очистки: Для - ой ступени очистки:

(12)

(13)

(14)

(15)

Последнее равенство выражает зависимость остаточной концентрации загрязняющего вещества после многоступенчатой очистки с ее эффективностью на каждой ступени. Переходя к относительным концентрациям, получаем:

пдк пдкЦ{{ ч,)'

Обозначив левую часть выражения через Кг„, имеем:

(16)

(17)

где - это критерий эффективности экозащитного процесса при многоступенчатой очистке. Он характеризует влияние химического, технологического и экологического факторов экозащитного процесса на состояние окружающей среды при использовании многоступенчатой очистки. Норматив качества окружающей среды соблюдается при , а при ее загрязнение полностью отсутствует. В

работе показано, что критерий также удовлетворяет сформулированным нами требованиям 1-5.

Термодинамический критерий вводится для обоснованного заключения о воздействии загрязнений различного химического состава на состояние воздушной или водной сред, а также для оценки эффективности применяемых инженерных мероприятий по защите окружающей среды. Преимущество термодинамического

критерия перед введенными нами критериями заключается в его

универсальности, т.к. он позволяет трактовать загрязнение окружающей среды с энергетической точки зрения, что облегчает сравнение используемых методов защиты окружающей среды, нередко основанных на совершенно различных принципах. Необходимо также, чтобы предложенные критерии и

термодинамический параметр рассчитанные для одного и того же процесса, не приводили к противоположным результатам.

Обычно в качестве термодинамической характеристики организмов, экосистем и биосферы в целом выбирают энтропию. Однако такой подход, на наш взгляд, является не совсем обоснованным, т.к. учитывает изменение энтропии самой системы, но не характеризует изменение ее в окружающей среде за границами системы. В настоящее время на основе неравновесной термодинамики в принципе можно рассчитать величину однако из-за сложности определения ряда величин, требуемых при расчетах, они не получили широкого распространения.

Более плодотворным на наш взгляд является подход, который позволяет оценить работу, затрачиваемую на снижение концентрации загрязняющего вещества в окружающей среде до ПДК. С физической точки зрения необходимо определить изменение энергии при переходе термодинамической системы из состояния 1 в состояние 2. При решении экологических задач разумно предположить, что состояние 1 - это состояние воздушной или водной среды, в которой отсутствует какой-либо загрязнитель или его концентрация ниже ПДК, а в состоянии 2 концентрация загрязнителя превышает ПДК.

Возможен и обратный процесс: с экологической точки зрения это означает очистку водной или воздушной среды от соответствующего загрязнителя (его концентрация после очистки не должна превышать ПДК). Оценивая величину полной работы при осуществлении этого процесса, мы можем энергетически оценить степень загрязнения окружающей среды: чем сильнее она загрязнена, тем большая работа требуется для ее восстановления (очистки).

Если при сбросе в окружающую среду загрязнителей ее температура и давление остаются постоянными или изменение этих параметров пренебрежимо мало, то для процессов со стационарным потоком полная и полезная работа может быть оценена величиной изменения свободной энергии, происходящей при переходе системы из состояния 1 в состояние 2:

где: Дб - изменение свободной энергии при переходе системы из состояния 1 в состояние 2; - свободная энергия системы в состоянии 1; Дб2 - свободная энергия системы в состоянии 2.

Отрицательное значение Ж7 означает, что система сама производит работу над внешней средой, а положительный знак указывает, что над системой работа производится извне. Обозначив максимальную полную или полезную работу символом можем записать ее связь с

В случае если система самопроизвольно совершает работу над окружающей средой - положительна.

Между изменением энергии Гиббса Л/ и приращением энтропии Ж существует тесная связь, которая при постоянной температуре и давлении характеризуется следующей зависимостью:

ДС = ДЯ-Ш, (21)

где: - изменение энтальпии системы при ее переходе из состояния 1 в состояние 2; Г - температура процесса; - изменение энтропии системы при ее переходе из состояния 1 в состояние 2.

Для практического использования нами были выбраны уравнения, характеризующие изменение энергии Гиббса в идеальных газах и растворах при изотермических условиях. Эти уравнения записываются в следующем виде: для газа:

(22)

для раствора:

где: - парциальное давление токсичной -ой примеси в воздушной среде до ее загрязнения; Р2 - парциальное давление токсичной г-ой примеси в воздушной среде после ее загрязнения; С, - концентрация токсичной ¡-ой примеси в водной среде до ее загрязнения; - концентрация токсичной - ой примеси в водной среде после ее загрязнения; Я - универсальная газовая постоянная; Г - абсолютная температура.

Если обозначить индексами начальное и конечное состояния

системы (воздушной и водной сред), то

В работе показано, что выражение (23) может быть использовано и для расчета Ж? для воздушной среды. Для проведения практических расчетов его целесообразно использовать в виде:

где ПДК - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в водной или воздушной среде.

При сбросе загрязняющих веществ в окружающую среду без очистки поэтому для этого случая положительно. Это означает, что технологический процесс производит работу над окружающей средой, затрачивая часть своей энергии на ее загрязнение токсичными веществами. Для возвращения окружающей среды в первоначальное состояние, т.е. для снижения концентрации загрязняющего вещества путем очистки до первоначальных значений, необходимо затратить внешнюю работу: В реальных условиях затраченная работа

будет превышать т.к. процесс очистки проходит в условиях, отличных от

равновесных, откуда следует

При использовании экозащитных процессов для снижения загрязнения окружающей среды: . Для этого случая - отрицательна, а - положительна (самопроизвольный процесс). С экологической точки зрения это означает, что в случае смешения очищенных выбросов или сбросов с неочищенными содержание загрязняющего вещества снижается самопроизвольно, т.е. без затрат внешней энергии. Этот прием реально применяется в экологической химии и технологии.

Из вышеизложенного следует, что величины или являются достаточно информативными при анализе техногенного загрязнения окружающей среды.

Изменение энтропии для данных условий в рассматриваемой системе определяется выражением:

ДО = 2,ШТ1а— =

С.

ПДК'

С.

(24)

(25)

соответственно, из уравнений (22) и (23) следует:

р

А5 = -2,3 Д (для газа).

(26)

Д£ = -2,3^^. (для раствора). (27)

Из выражения (25) следует, что если Д£?<0, тоД5>0 (в самопроизвольных процессах энтропия в системе возрастает), а при (если над

системой производится внешняя работа, то в ней может происходить локальное снижение энтропии). Для практических расчетов Д5 как в случае газовых выбросов, так и в случае водных сбросов может быть рекомендовано уравнение (27).

Величина может быть использована и для термодинамической оценки эффективности работы очистных устройств. Дня этого преобразуем формулу (23), приравняв - концентрация загрязняющего вещества до

очистки (на входе в очистное сооружение), а - концентрация загрязняющего вещества после очистки, в результате получим:

= = (28)

Из выражения (9) выразим С4ьа и подставим ее в предыдущее равенство:

Дв = 2,ЗДГ18^ = г.ЗЛГ^0'"^1-^ = 2МТЫ1-17), (29)

где 1}- эффективность очистки. Равенство (29) связывает величину ДО с достигаемой эффективностью очистки: чем больше тем больше и величина -или тем больше величина , В работе установлена связь между величиной : и степенью неравновесности экозащитного процесса, характеризуемого коэффициентом извлечения токсичного вещества из воздушного выброса или водного сброса при очистке:

(30)

где а - константа, характеризующая экозащитный процесс (<з<1). Из последнего равенства следует, что чем больше неравновесность экозащитного процесса, т.е. чем меньше тем меньше способность системы к совершению самопроизвольной работы. Из равенств (25), (29) и (30) легко определить изменение энтропии системы как функции

¿£ = -2,3^(1-;/), (31)

и:

Глава 3 - «Эколого-химическое исследование процессов локальной очистки промывных стоков гальванических производств» - посвящена эколого-химическому исследованию процессов локальной очистки промывных стоков гальванических производств от хрома и тяжелых металлов и выбору на этой основе высокоэффективного метода защиты водной среды от этих загрязнителей.

В работе исследованы реальные сточные воды трех московских предприятий: производственного комбината Торгово-промышленной палаты РФ, предприятия АО «Алмаз», а также завода им. М Б. Хруничева. Состав разделенных хромсодержащих стоков первых двух предприятий был приблизительно одинаков, поэтому эти предприятия мы условно обозначили (МП-1). Концентрацию хрома в стоках на предприятии МП-1 (табл. 1) определяли методом атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно-связанной плазмой на спектроанализаторе «Плазмалаб 8440» (фирма Лабтан, США).

Таблица 1

Характеристика исследованных хромсодержащих стоков (МП-1)

Из табл. 1 следует, что концентрация шестивалентного хрома в стоках многократно превышает нормативную величину , а концентрация трехвалентного хрома превышает аналогичный показатель в 2-3 раза (ПДКс^шрО.З мг/л). Поэтому очевидна необходимость очистки этих стоков от ионов хрома.

Исходный состав ионов тяжелых металлов в сточных водах гальванических участках завода им. М.В. Хруничева (МП-2) существенно отличался от данных для МП-1 (табл. 2).

Таблица 2

Исходное содержание ионов тяжелых металлов в сточных водах гальванических участков (МП-2)

Химические загрязнеш Концентрация, мг/ ПДК, мг/л

К2Сг207 8,41 0,1 Сг(У1)

Сг* 0,11 1,0

ги* 7,01 1,0

КГ 0,32 1,0

от 12,78 1,0

ЪгГ 1,12 1,0

13,10 0,3/0,1

0,20 0,1

Приведенные в таблице 2 величины ПДК соответствуют второй категории воды для технологического использования согласно ГОСТ 9.314-90.

Для очистки стоков были использованы реагентный, электрокоагуляционный, ионообменный и гальванокоагуляционный методы. Анализ эффективности указанных методов очистки был проведен путем сравнения их химических, технологических и экологических особенностей. Преимущества способа очистки выявлялись методом ранжирования. Результаты этой оценки представлены в табл. 3.17.-3.20. главы 3 диссертации.

Для дальнейшей разработки и опробования в опытно-промышленном масштабе были выбраны ионообменный и гальванокоагуляционный способы очистки, имеющие существенные преимущества перед реагентным и электрокоагуляционным методами.

Экспертная оценка была подтверждена с помощью разработанных нами критериев, которые позволяют дать количественную экспресс-оценку сравниваемых методов очистки. Для этой цели были рассчитаны: эффективность очистки 7, критерий техногенного загрязнения , энергия Гиббса и величина внешней

работы для всех процессов (табл. 3).

Таблица 3

Количественная экспресс-оценка эффективности Р, ЭК, ПС и ИО-методов для очистки промывных хромсодержащих стоков (Свхср=41 мг/л)

Метод очистки Эффективность, Л Критерий, Кг, Критерий ДОи298, (№,„), кДж/моль

Реагентный (Р) 0,9998 0,082 -21,1 (21,1)

Электрокоагуляционный (ЭК) 0,9990 0,410 -17,1 (17,1)

Гальванокоагуляционный (ГК) 0,99992 0,033 -23,4(23,4)

Ионообменный (ИО) 0,9997 0,123 -19,8 (19,8)

В связи с отсутствием в литературе сведений по химическим особенностям ионообменного и гальванокоагуляционного способов очистки нами были проведены следующие экспериментальные исследования:

-изучение характеристик протекающих химических реакций и отработка технологических режимов очистки промывных и усредненных стоков от ионов хрома и других тяжелых металлов;

- оценка эффективности применяемых методов очистки;

-исследование возможности регенерации насыщенных хромом анионитов растворами серной кислоты;

- исследование возможности магнитной доочистки магнитных форм осадка.

По результатам проведенных исследований разработаны следующие очистные устройства и схемы:

- локальная ионообменная установка, позволяющая провести одновременную очистку стоков от трехвалентного и шестивалентного хрома;

-локальная гальванокоагуляционная установка для одновременной очистки стоков от ионов тяжелых металлов, образующихся в процессах никелирования, цинкования, меднения и хромирования;

- локальная схема комплексной очистки стоков гальванических производств на основе разработанных ионообменной и гальванокоагуляционной установок.

Для эффективного использования локальной ионообменной установки в промышленных условиях необходимо решить вопрос о регенерации насыщенных ионитов (катеонита, используемого для поглощения трехвалентного хрома и анионита - для Сг(У1)). Для регенерации катеонитов обычно используют растворы кислот, а анионитов - щелочей. Регенерация ионитов в рассматриваемой нами установке значительно упростится, если будет использован один регенерирующий агент - раствор серной кислоты.

Для ионообменной очистки от шестивалентного хрома был выбран широко распространенный и недефицитный анионит - форме. Процесс

ионного обмена для этого случая может быть записан в виде:

К^+СгА^оЯгСгА+БС^2', (33)

где Я - сложный органический комплекс анионита (полистирол). В нейтральных растворах возможна реакция:

Н2Сг207+Н20о2Н2СЮ4, (34)

и реакция ионного обмена запишется как:

Я2804+СЮ42«К2СЮ4+5042'. (35)

Оценка полной весовой обменной емкости ионита (ПОЕ) и его полной динамической обменной емкости (ПДОЕ), проведенные по стандартной методике, позволила получить следующие результаты: ГЮЕ»3,0 мг-экв Сг(У1)/г ионита; ПДОЕ=130 мг Сг(У1)/см3 ионита.

В работе была исследована кинетика ионного обмена в статических условиях в зависимости от рН. Эта данные представлены на рис. 2.

100

50

Рис.2. Кинетические кривые ионного

обмена в статическом режиме:

1- рН=5; 2-рН=4; 3-рН=6; 4- рН=2; 5-рН=10; 6-рН=8.

о

1

2 24

Т,ч

Из рис.2 следует, что анионит AB-17-16 достигает насыщения по ионам шестивалентного хрома в первые два часа своей работы, а оптимальной для очистки воды от указанного иона является область кислотности с рН=4-6.

Были сняты кинетические кривые сорбции Сг(УТ) ионитом в статическом и динамическом режимах (при различных скоростях пропускания промывных вод в интервале от 1 до 50 мл/мин). В работе детально исследован процесс десорбции Сг(У1) и регенерации обменных свойств анионита. В качестве элюатов, помимо растворов серной кислоты, использовали разработанные на ее основе растворы с добавками восстановителя (гидроксиламин и гидразин) и комплексообразователя (триэтаноламин и тартрат калия-натрия). Экспериментально было установлен оптимальный с технико-экономической точки зрения состав элюата: 50 г/л серной кислоты, 4 г/л гидроксиламина и 10 г/л тартрата калия-натрия. Отметим, что в промышленных условиях нами опробована регенерация насыщенного хромом анионита 0,2-5,0 н. растворами серной кислоты. Достигнутая степень его регенерации составила 98,0-99,8%. Регенерационные растворы после элюирования содержат и после удаления избытка воды могут направляться

непосредственно в технологический процесс хромирования, исключив загрязнение окружающей среды Сг(У1), что позволяет отнести данный процесс к малоотходным.

Далее представлены результаты, полученные при разработке конструкции локальной ионообменной установки для обезвреживания хромсодержащих промывных стоков. Схема разработанной нами и запатентованной локальной очистной установки представлена на рис.3.

А Б В

7 \ , X

10 11

Рис. 3. Устройство локальной ионообменной установки:

А - двухсекционная установка с одинаковой загрузкой катионита и анионита (высота слоя катионита равна высоте слоя анионита); Б - двухсекционная установка с неодинаковой загрузкой катионита и анионита (высота слоя катионита меньше, чем высота слоя анионита);

В -двухсекционная установка, снабженная вертикальными поглотителями (углеродными сорбентами); Г - трехсекционная установка, снабженная вертикальными поглотителями

(углеродными сорбентами); Д - устройство вертикального поглотителя с жестким графитовым каркасом; Е - устройство вертикального поглотителя с гибким каркасом.

На рис. 3 представлена двухсекционная установка, загруженная слоями катионита и анионита в разных соотношениях и с использованием различных вариантов фильтрующих элементов. На рис. ЗА высота слоя катионита равна высоте слоя анионита. Устройство состоит из корпуса 1, в нижней части которого установлена дренажная решетка 2. Корпус колонны разделен на секции равной высоты проницаемыми перегородками 3, изготовленными из металлической сетки и (или) решетки, а также из углеродной ткани. На проницаемые перегородки помещены слои углеродного войлока, например войлока мерки НТМ-200 или ВИНН-250. В каждую секцию помещен чехол из углеродной ткани марки ТГН-2М или УТМ-8, в который засыпан слой катионита 13 или анионита 14.

На рис. ЗБ представлена двухсекционная установка с неодинаковой загрузкой катионита и анионита (высота слоя катеонита меньше высоты слоя анионита). Такая конструкция позволяет при правильном подборе соотношения высот катионита и анионита добиться одновременного насыщения слоев катионита и анионита при разной концентрации катионов и анионов в очищаемых стоках и, соответственно, одновременного извлечения насыщенных слоев ионитов из колонны. Это облегчает их регенерацию и упрощает обслуживание установки. Цифровые обозначения позиций на этом рисунке, такие же, как и на предыдущем.

На рис. ЗВ представлена двухсекционная ионообменная установка, загруженная слоями катионита 13 и анионита 14 равной высоты. Внутри каждой секции колонны на слой углеродного войлока 4, лежащего на перегородке, установлен графитовый цилиндрический каркас 6, высота которого равна внутренней высоте каждого отсека колонны. Отношение внешнего диаметра каркаса к внутреннему диаметру колонны лежит в пределах 0,21 т0,83.

На рис. ЗГ представлена трехсекционная ионообменная установка, загруженная одним слоем катионита 13 и двумя слоями анионита 14. Они размещены внутри секций данной колонны так же, как и в предыдущей, двухсекционной конструкции.

Графитовый каркас 6, представленный на рис. ЗД, собран из двух графитовых колец, нижнего 7 и верхнего 8, и двух графитовых планок 9. Он скреплен граффито-выми винтами 10. Снаружи графитовый каркас обтянут углеродным войлоком 10 марок НТМ-200 или ВИНН-250 и прикреплен к нему графитовыми винтами 9.

Конструкция вертикального каркаса может быть выполнена гибкой (рис. ЗЕ). Гибкий каркас 12 сшит в виде цилиндра из куска углеродной ткани марок ТГН-2М или УТМ-8. Углеродными нитями марок ВМН-3 или ВМН-5. На гибкий каркас этими же нитями пришит углеродный войлок 11. Графитовый каркас устанавливается в каждый отсек установки и заполняется катионитом и анионитом.

Эта установка может быть использована для создания локальных замкнутых систем водоснабжения в пределах одного или нескольких цехов или участков машиностроительного предприятия. Предлагаемая нами ионообменная схема очистки содержит 7 единиц оборудования, что выгодно отличает ее от типовых ионообменных схем очистки, включающих 13-15 аппаратов.

Работа ионообменной установки осуществляется следующим образом. Внизу колонны из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,8 м и высотой 1,0 м закреплена дренажная решетка. Колонна разделена по высоте на несколько равных

секций проницаемыми перегородками из металлической сетки или углеродной ткани, на которые помещены два слоя углеродного войлока. Он играет роль сорбционного фильтра, поглощающего содержащиеся в очищаемых стоках масляные пленки и шламы, за счет чего исключается загрязнение ими слоя смолы и увеличивается срок ее службы. Эту же роль в колонне играет и вертикальный углеродный поглотитель, закрепленный на каркасе.

Слой катионита в колонне служит для поглощения из стоков катионов и ионов тяжелых металлов), а слой анионита - для поглощения анионов Сг(У1). Для обеспечения одновременного насыщения слоев катионита и анионита необходимо правильно подобрать отношение их высот. С этой целью нами была разработана специальная методика расчета, в основу которой положено равенство времени насыщения слоев катионита и анионита Полученное выражение, связывающее высоту слоя катионита с высотой слоя анионита , имеет следующий вид:

где: - равновесная концентрация сорбируемого вещества в ионите в состоянии насыщения; - линейная скорость подачи очищаемого раствора в колонну;

- исходная концентрация сорбируемого вещества в растворе; - коэффициент внешней диффузии; - концентрация вещества при проскоке (принимаем ее равной ПДК в водной среде); один штрих (верхний индекс) в представленной формуле означает, что соответствующие параметры относятся к аниониту, а два штриха - к катиониту.

Разработанная нами установка была испытана на гальваническом производстве Торгово-промышленной палаты РФ (г. Москва). Была проведена очистка хромсодержащих стоков со следующими концентрациями загрязнений: 41 мг/л Сг(У1), 1,25 мг/л Сг(Ш) и 2,5 мг/л минеральных масел. Использовался вариант колонны, представленной на рис. ЗБ, с рассчитанным по формуле (36) соотношением высот катионита и анионита. Испытания показали высокую эффективность очистки от соединений хрома (ниже ПДК).

Оптимизированы режимы эксплуатации локальной ионообменной установки для очистки хромсодержащих стоков: рН стоков - 4-6, скорость пропускания стоков через слой ионита - 2,5-7,5 м/ч, порозность слоя смолы в колонне - 0,08-0,16.

Результаты исследований эффективности гальванокоагуляционного метода для очистки стоков на предприятии МП-2 от ионов тяжелых металлов приведены в главе 3.

В основе гальванокоагуляционного метода лежат окислительно-восстановительные реакции, протекающие при цементации. В качестве восстановителя использовалась стальная стружка (размер 110x10x1 мм).

В работе был проведен термодинамический анализ реакции: рассчитана свободная энергия Гиббса, стандартные электродные потенциалы и константы равновесия по методике Р. Дикерсона, Г. Грея, Дж. Хейта. Результаты термодинамических расчетов по основным реакциям цементации показали, что они необратимы, так как значения констант равновесия К лежат в пределах от 107до 10212 (табл. 4).

Таблица 4

Результаты термодинамических расчетов реакций восстановления

Окислительно-восстановительные реакции Стандартный электродный потенциал реакции, Е°, В Изменение свободной энергии, ДО°298. кДж/моль Константа равновесия, Кр

1. Ре+Сч^Ре^+Си +0,78 -150,54 1026

2. Ре+РЬ^е^+РЬ +0,31 -59,83 10й

3. Ре+Ж^Ре^+М +0,21 -40,53 ю7

4. Ре+Эп^Ре'ЧЗп +0,30 -57,90 ю10

5.2Ре+Сг207"+14Н' •»гСг^+гРе^НгО +2,10 -1217,06 10212

Известно, что процесс цементации описывается кинетическим уравнением первого порядка (Набойченко С.С., Юнь А.А):

2,303-К [ЛГ»]0

(37)

где: т - продолжительность процесса, с; [М*]о> [М^х - начальная и текущая концентрации осаждаемого металла, мг/л; К - кинетическая константа, дм3/см2с.

Из результатов расчетов констант, представленных в табл. 5, следует, что наибольшая скорость цементации, при нормальном режиме работы, наблюдается для ионов меди, а наименьшая - для ионов никеля.

В предельном режиме работы установки медь также осаждается наиболее быстро, а скорость цементации остальных исследованных ионов приблизительно одинакова (с точностью до порядка). Результаты расчетов представлены в виде графических зависимостей на рис. 4.

Таблица 5

Константы скорости реакции цементации для различных режимов работы установки

Загрязняющий компонент Константа скорости реакции, дагУсм^с

Нормальный режим работы Предельный режим работы

К'ю К'20 К ю К'ю К'20 К 10

Никель (П) 0,0007 0,0006 0,0004 0,004 0,003 0,002

Медь (II) 0,042 - - 0,033 0,030 0,027

Олово (II) 0,004 0,005 0,005 0,003 0,004 0,005

Свинец (II) 0,006 0,006 0,007 0,006 0,0065 0,007

Примечание: В табл. 8 приняты обозначения: К ш - константа за первые 10 мин; К"ю - за вторые 10 мин.; К20 - суммарная константа скорости реакции.

Рис. 4. Изменение концентрации ионов металлов в растворе в зависимости от времени очистки при рН=2,5.

Криволинейный характер кинетических кривых для ионов 8п2+ и Си2+ указывает на смену механизма реакции цементации во времени. Переход процесса из кинетической области в диффузионную можно объяснить образованием на поверхности железа пленок восстановленных металлов.

На первой стадии происходит образование на поверхности стальной пластины несплошных отложений осаждаемого металла, диффузионное сопротивление которого мало (рис. 5).

Рис. 5. Схема первой стадии процесса цементации, протекающая в кинетической области.

На второй стадии происходит образование на поверхности стальной пластины практически сплошного слоя осаждаемого металла с небольшим количеством сквозных пор, обладающего высоким диффузионным сопротивлением (рис. 6).

Рис.6. Вторая стадия процесса цементации, протекающая в диффузионной области.

Для построения качественной модели цементационных пленок, образующихся на поверхности металлического железа, нами были проведены расчеты по критерию Пиллинга-Бедвордса (Кп.в):

( и \ ( ы \

(38)

где: V - число молей твердого продукта, образующегося на 1 моль исходного вещества (по стехиометрии); - молекулярные массы исходного и полученного

вещества; - плотности соответствующих веществ.

Полученные данные сведены в таблице 6.

Таблица 6

Результаты расчета критерия Пиллинга-Бедвордса (Кп-в)

Вещества, участвующие в реакции Бе* РЬ3+ 8П2+ Си2+ №2+

Плотность, г/см3 7,8 11,3 7,3 8,9 8,8

Молекулярная масса, а.е.м. 55,8 207,2 118,6 63,5 58,7

Кп-Б - 2,6 2,27 1,0 0,9

Характер пленок на поверхности - Сплошной Смешанный Островковый

На основании экспериментальных исследований и термодинамических расчетов нами была предложена последовательность стадий окислительно-восстановительных реакций и энергетика происходящих превращений (рис.7).

Рис. 7. Схема первого этапа химических превращений, протекающих в процессе гальванокоагуляционной очистки.

Экспериментально установлено, что ионы цинка не могут быть восстановлены при помощи металлического железа. Поэтому Й12+ удалялся из раствора не за счет цементации, а путем его сорбции гидратом оксида Ре(Ш), образующемся в качестве побочного продукта. Процесс сорбции ионов на гидратированном оксиде железа Бе20зпН20 идет с образованием мицеллярной структуры. В этом случае электролиты, содержащие ионы цинка, олова и никеля, являются стабилизаторами частиц гидрата оксида железа, образуя на них двойной электрический слой.

Изменение концентрации загрязняющих компонентов в стоках изучали во временном интервале: 0-20 мин, с шагом 5 мин. Проведенные испытания показали, что при нормальном режиме работы гальванического участка, обеспечивается требуемая степень очистки воды по основным загрязняющим элементам. Очищенная вода в соответствии с ГОСТ 9.314-90 «Вода для гальванического производства и схемы промывок» соответствует 2-ой категории качества.

На основе анализа литературных данных и результатов испытаний установки ГКУ-20 нами предложена усовершенствованная технологическая схема очистки промывных сточных вод методом гальванокоагуляции (рис. 8).

Рис.8. Технологическая схема гальванокоагуляционного метода очистки сточных вод на МП-1: 1 - приемная емкость; 2 - насос; 3,8,9,11 - задвижки; 4 - обратный клапан; 5 - гальва-нокоагуляционная установка [камеры первая (цементация) и вторая (нейтрализация)]; 6 - емкость для концентрированной серной кислоты; 7 - емкость для раствора щелочного реагента; 10 - емкость для очищенной воды; 12 - двухканальный фильтр-осадитель с электромагнитными перемычками; 13 -трубопровод; 14 - ионообменная колонка.

Для обеспечения надежной работы установки необходимо контролировать следующие основные параметры: t - время контакта в первой камере должно быть не менее 10 мин; pH исходных сточных вод, поступающих на очистку, должно быть не более 4; объемный расход стоков при использовании опробованной установки должен превышать 20 м3/ч.

Подавляющая часть твердых примесей, получаемых в результате гальванокоагуляционной очистки, обладает ферромагнитными свойствами. Железосодержащие компоненты (в частности, частицы магнетита) в процессах магнитного осаждения выполняют сопутствующую "транспортную" роль, увлекая за собой другие примесные частицы и ионы, что приводит к более глубокой степени очистки воды. Это вызвало необходимость разработки методов и устройств для магнитного осаждения этих частиц. Для доочистки был использован электромагнитный фильтр, схема которого приведена на рис.9.

Рис.9. Двухканальный фильтр-осадитель с электромагнитными перемычками:

1 - катушка; 2 - канал (корпус); 3 - насадка; 4 - семенник.

Устройство фильтра предполагает работу в импульсном режиме, за счет чего экономится значительное количество электроэнергии. Затрачиваемая мощность не превышает 1 кВт/ч. В работе определен оптимальный режим процесса магнитной доочистки сточных вод (I = 10-20 А, рН 6,5-8,5, Н = 40000 А/м), что позволяет вернуть в очистную систему 20 % не прореагировавшего металлического железа.

На основе ионообменной и гальванокоагуляционной установок нами была разработана интегрированная схема локальной очистной системы (рис.10).

Очищаемая

сточная вола

Рис.10. Схема комбинированной локальной установки для очистки

хромсодержащих промывных вод: 1-локальная гальванокоагуляционная установка; 2-локальная ионообменная установка; 3- агитатор; 4-электромагнитный фильтр; 5-усреднитель стоков; 6,7-насосы;

8-емкосгь для сбора очищенной на первой стадии сточной воды; 9-емкость для сбора регенерированных растворов Н2СГ2О7 и Н2СЮ4; 10-емкосгь для сбора регенерированного

раствора (ОДЗООз; 11-емкость для очищенной (оборотной) воды; 12-емкостьдля концентрированной серной кислоты; 13-емкосгь для концентрированного раствора№ОН;

14-емкость для регенерционного раствора (НгБО^.

В схеме учтены все требования, предъявляемые к локальным очистным системам: компактность; возможность одновременной очистки от разных ионов тяжелых металлов и шестивалентного хрома; эффективность очистки до уровня ПДК; возможность возврата очищенной воды и регенерированных реагентов в технологический цикл.

С целью организации малоотходного производства в работе разработана оборотная схема водоснабжения гальванического участка МП после гальвано-коагуляционной очистки. В соответствии с предлагаемой технологией очистки отработанные стоки сводятся в один поток и далее очищаются по технологии.

Для удаления взвешенных веществ и органических примесей в условиях производственного процесса предусмотрены осветлительные и сорбционные фильтры.

Деминерализация воды осуществляется на выпарной установке. Распределение стоков после 1 ступени очистки осуществляется следующим образом: часть потока, в количестве 65,80 м3/сут, проходит через осветлительные и сорбционные фильтры для удаления взвешенных веществ и органических примесей и поступает в емкость с очищенной водой, другая часть потока, в количестве 76,14 м3/сут, поступает на деминерализацию в выпарную установку. Образующийся конденсат проходит через сорбционные фильтры и сливается в емкость очищенной воды.

Для компенсации безвозвратных потерь воды (испарение, унос в вентиляцию) в гальваническом производстве необходима подпитка системы многократного использования воды в количестве 19,0 м3/сут из сети хозяйственно-питьевого водопровода. Суммарный расход воды в системе составляет 160,0 м3/сут.

Блок-схема очистки сточных вод гальванического цеха предприятия МП-2 представлена на рис 11.

Рис.11. Блок-схема очистки производственных сточных вод в гальваническом цехе МП-2.

В главе 4 - «Разработка эффективных методов защиты воздушной среды в гальваническом производстве» - представлены результаты создания экологически чистого способа травления меди и ее сплавов. В процессе травления в окружающую воздушную среду выделяются оксиды азота (МО+ЯОг), загрязняющие окружающую

среду. Травление осуществляют разбавленной азотной кислотой (50%), при этом протекает следующая химическая реакция:

(39)

Выделяющийся при этом оксид азота на воздухе очень быстро окисляется до диоксида:

(40)

При травлении меди в растворах, содержащих концентрированную азотную кислоту протекает следующая реакция:

(41)

Для исключения загрязнения воздушной среды диоксидом азота мы выбрали следующие два направления: очистку выбросов от диоксида азота до уровня ПДК или ниже; подавление образования диоксида азота в травильной ванне путем добавления в нее специальных реагентов.

Для очистки воздушных выбросов от оксидов азота используют абсорбционный, адсорбционный и каталитический методы. Учитывая достаточно высокую концентрацию диоксида азота в выбросах («10% по объему.) и необходимость проведения процесса очистки при комнатной температуре, в качестве основного был выбран абсорбционный метод, обеспечивающий эффективность очистки - 92-96 %. При его реализации использовали поглощающие растворы, состоящие из гидроксида натрия и соды, с участием которых протекают следующие реакции:

2Ш2+2Ка0Н+Н20 = №Ж>3+КаМ02+Н20, (42)

(43)

Для практической реализации метода подавления образования оксидов азота в травильной ванне нами было рекомендовано добавлять в нее персульфаты натрия, калия или аммония, обеспечивающие окисление образующегося диоксида азота до азотной кислоты.

Выбор персульфатов обусловлен следующими причинами. Во-первых, персульфаты являются очень сильными окислителями. Стандартный электродный потенциал, соответствующий в кислой среде реакцию полуячейки:

(44)

составляет +2,01 В, что является весьма высоким значением.

При восстановлении персульфатов до сульфатов одним из продуктов реакции является серная кислота, которая является компонентом растворов, применяемых при травлении меди и ее сплавов.

28042' = 8А2-+2е

Далее, окисляя персульфатами мы возвращаем в процесс второй

компонент травильного раствора - азотную кислоту. Таким образом, предложенный нами процесс травления является малоотходным. Кроме того, работа с персульфатами достаточно безопасна, т.к. эти соединения не взрывоопасны.

Нами были предложены уравнения окислительно-восстановительных химических реакций, которые описывают процесс окисления диоксида азота персульфатами. Все эти реакции протекают в кислой среде (в травильных растворах):

2К02+Ка28А+2И20 = 2Ш03+№2504+Н2804, (45)

2Ш2+К28208+2Н20 = 2Ш03+К2804+Н2804, (46)

2Ж)2+(МН4)28А+2Н20 = 2Ш03+(МН4)2804+Н2804. (47)

В этих реакциях персульфат является окислителем. Схематически эти процессы можно записать следующим образом:

082"+2е = 28042" (48)

>}4+-е = Ы3+ (49)

{

Реакции окисления-восстановления складываются из двух промежуточных реакций:

° =+0,775 ]

№)2 + Н20 = Щ'

■(Щ

¡В),

2Б042' = + 2е (£2° =+2,01 В),

(50)

(51)

где £,°И £° стандартные электродные потенциала: соответствующих реакций. С учетом стехиометрических коэффициентов в первой полуреакции записываем полную реакцию:

2Ш2 + 2Н20-2е = 2К03" + 4Н+ (52)

82082>2е = 28042'

(53)

(54)

2Ш2 + БА" + 2Н20 = 2Ш3- + 280^'+ 41Г

Реакция (54) является окислительно-восстановительной реакцией, лежащей в основе процесса подавления выделения диоксида азота при травлении меди и ее сплавов. Рассчитываем стандартный электродный потенциал этой реакции:

Е* = Е° - Е? = 2,01 - 0,775 = +1,2355

(55)

Положительная величина свидетельствует о том, что реакция (54) будет протекать самопроизвольно в прямом направлении. Проверим полученную величину Е° термодинамическим путем. Изменение свободной энергии на моль реакции определяется из следующего выражения:

где: и - число электронов, приходящихся на моль реакции; Ж - постоянная Фарадея, т.е. заряд 1моля электронов, равный 96485 Кл; Е - электродный потенциал в соответствующем растворе, В.

Рассчитаем изменение свободной энергии для полуреакции (52):

= -2РЕ° = -2 • 96,5 • (+0,775) = -149,6кДж / моль.

и для полуреакции (53):

Дб" = = -2 • 96,5 • (+2,01) = -3 $7,9кДж I моль.

(57)

(58)

Вычитая первое изменение свободной энергии из второго, получим величину для реакции (54):

(59)

Отрицательное значение Дб0 свидетельствует о том, что эта реакция самопроизвольно протекает слева направо.

Рассчитаем термодинамическим путем значения стандартного электродного потенциала для реакции (54):

е° = ~А0° _ -(-2383)

= +1,2355.

(60)

96,5-2

Последнее значение Е", полученное из термодинамических соображений, совпадает с рассчитанной ранее на основе стандартных электродных потенциалов аналогичной величиной. Это свидетельствует о правильности проведенных нами расчетов.

Определить полноту протекания реакции (54) можно рассчитав ее константу равновесия для стандартных условий. Для расчета воспользуемся выражением, вытекающим из уравнения Нернста:

где: п - число электронов, приходящихся на моль реакции; £° - стандартный электродный потенциал реакции.

Или:

2-1235 \%К. = 42,2 ® 42,

в ' 0,059

и £,=1042.

(62)

(63)

Найденная величина показывает, что в точке эквивалентности при равновесии, концентрация образующихся ионов на 42 порядка превышает концентрацию, ионов, вступающих в реакцию, т.е. достигается практически полное превращение исходных веществ.

При травлении в разбавленной азотной кислоте в соответствии с реакцией (39) выделяется оксид азота. Покажем расчетным путем, что в травильных растворах, содержащих персульфаты, оксид азота окисляется до диоксида, который затем образует азотную кислоту в соответствии с реакциями (45)-(47). Предложенные нами реакции окисления оксида азота персульфатами следующие:

Ш+К7а28А+Н20 = Юг+^^+НгБО.,, (64)

Ш+К28208+Н20 = Ы02+К2504+Н2804, (65)

Ш+СМН^А+НгО = Шз-КМ^^+^О,,. (66)

В рассматриваемых реакциях, также как и в реакциях (45) - (47) персульфат является окислителем. Схематически этот процесс можно записать следующим образом:

820ц2" + 2е = 28042' (67)

Реакции окисления-восстановления складываются из двух промежуточных реакций: N0 + Н20 = И02 + 2Н+ + 2е =+1,049 В), (69)

28042'= 82082- + 2е(£2°=+2,01 В), (70)

где Е1 и Е\ - стандартные электродные потенциалы соответствующих полуреакций. Записываем уравнение полной реакции:

N0 + 32082" + Н20 = N02 + 28042' + 2Н+ (73)

Реакция (73) является окислительно-восстановительной реакцией, лежащей в основе окисления оксида азота до его диоксида. Рассчитаем стандартный электродный потенциал этой реакции:

Е"=Е° =2,01-1,049 = +0,96Ш. (74)

Положительная величина свидетельствует о том, что реакция (73) будет протекать самопроизвольно в прямом направлении. Проверим полученную величину термодинамическим путем. Изменение свободной энергии на моль реакции (73) выразится соотношением (56).

Рассчитаем изменение свободной энергии для полуреакции (71):

(75)

и для полуреакции (72):

Определим изменение свободной энергии для реакции (73):

Ав" = ДС° - ДО," = -387,9 + 202,5 = -1$5,4кДж/маль. (77)

Рассчитаем термодинамическим путем значение стандартного электродного потенциала для реакции (73):

Д 6° -(-185,4) 185,4

£ = —

-=+0,9615.

(78)

л/- 964-2 193

Последнее значение Е°, полученное из термодинамических соображений, совпадает с рассчитанной ранее на основе стандартных электродных потенциалов аналогичной величиной. Это свидетельствует о правильности проведенных нами расчетов.

Используя выражение (61) рассчитаем константу равновесия для реакции (73), протекающей в стандартных условиях. Она равна:

(79)

(80)

Найденная величина показывает, что в точке эквивалентности при равновесии концентрация образующихся ионов на 33 порядка превышает концентрацию, ионов, вступающих в реакцию, т.е. достигается полное превращение исходных веществ. В нашем случае это означает, что при образовании в травильных растворах оксида азота, он взаимодействует с персульфатами и практически полностью превращается в К02. Нами разработано и запатентовано специальное устройство для очистки воздушных выбросов от диоксида азота (рис.9), также исследованы режимы его работы.

Рис. 9. Устройство

для очистки газовых

выбросов:

1 - корпус; 2,3 - верхняя и нижняя крышки; 4 - барбо-тер; 5 - газоход; 6,12 - шиберы; 7 - кассета с углерод-ным поглотителем; 8 - трубопровод; 9,10 - краны; 11 - патрубок с трубой; 13 - станина.

и:

Адсорбент вводится для доочистки газовоздушной смеси от диоксида азота, остающегося после хемосорбции, так как эффективность хемосорбции не

обеспечивается снижение содержания N02 до уровня ПДК.

В качестве адсорбента-поглотителя используют углеродный войлок и маты из углеродной ткани. Указанный поглотитель помещают в кассету, состоящую из верхней и нижней рам, обтянутых металлической сеткой и скрепленных между собой болтами.

Результаты испытания этой установки в промышленных условиях показали, что при использовании адсорбционного поглотителя эффективность очистки газовой смеси, содержащей 0,48 - 1,32 мг/м3 диоксида азота, превышает 99 %. Его остаточная концентрация в очищенных выбросах ниже ПДК, равного 0,085 мг/м3.

Далее в работе было проведено экспериментальное исследование реагентного способа подавления образования диоксида азота с использованием персульфатов.

Определены оптимальные составы травильных смесей и режимов травления меди и ее сплавов, обеспечивающих: высокую скорость обработки.

Получено требуемое качество поверхности (шероховатости) металла или сплава после травления. Это позволяет подавить образование и выделение диоксида азота при реализации этого процесса.

Экспериментальные исследования проводили в условиях гальванического цеха производственного комбината в г. Софрино. Для проведения процесса использовали промышленную ванну размером 800x800x1000 мм, в которую заливали травильный раствор переменного состава, состоящий из азотной и серной кислот, хлорида натрия и персульфата.

Время травления составляло , после чего изделия извлекали из ванны,

промывали в воде и определяли скорость травления (растворения) а также шероховатость полученной поверхности (по стандартной методике). При проведении процесса также контролировали выделение в воздушную среду диоксида азота. Скорость травления определяется из уравнения:

где: - средняя скорость травления меди или ее сплава, потеря массы образца при травлении, - поверхность образца, - продол-

жительность травления образца, с.

Нами исследовано травление образцов из меди марки М-1, бронзы Бр ОФ 6,5-0,15 и латуни Л-90. Каждый эксперимент проводили на 5 образцах. Погрешность определения РГСи не превышала 3%. Концентрацию диоксида азота определяли индикаторным и хемолюминисцентным методами.

Для интенсификации процесса травления через смесь барботировали воздух через перфорированные трубы (фарфоровые или стеклянные), которые располагались на дне ванны.

Результаты проведенных экспериментов позволили сформулировать преимущества разработанного способа травления перед стандартным, осуществляемым при температуре 45 °С в смеси следующего состава, г/л: серная кислота - азотная кислота - хлорид натрия - Эти

преимущества следующие:

- повышение на 0,5-2 порядка скорости травления;

-упрощение аппаратурного оформления за счет исключения операции подогрева;

- улучшение качества поверхности сплава за счет уменьшения шероховатости;

-обеспечение экологической чистоты процесса за счет подавления

образования оксидов азота.

Оптимальные технологические параметры процесса:

- травильный состав, мас. ч: серная кислота (96%) - 360+610, азотная кислота (63%)-3 80+640, хлорид натрия -4+12, персульфат натрия, калия или аммония -14+50;

- температура процесса - 20-25 °С;

- объемный расход воздуха, пропускаемого через раствор -0,07+2,78 м'/мин-м2.

Оценка эффективности сравниваемых методов защиты воздушной среды

проводилась путем сравнения химической, технологической и экологической концепций, разработанных в соответствии с положениями, представленными в главе 2 диссертации.

Установлено, что способ подавления образования диоксида азота с использованием персульфатов имеет существенные преимущества перед абсорбционным и именно он должен быть рекомендован для защиты воздушной среды. Однако в том случае, если на предприятии необходимо сохранить традиционный состав травильных растворов (без добавки персульфатов), возможно использование абсорбционного способа очистки газовоздушных выбросов. Этот вывод был подтвержден расчетами критериев

Глава 5 - «Исследование анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков» - посвящена изучению методов анаэробной и аэробной очистки бытовых стоков*. В данной главе определены физико-химические характеристики бытовых стоков. Установлена возможность анаэробной очистки указанных бытовых стоков на реакторе восходящего потока с активным илом (РВП - АИ). Изучена кинетика анаэробного процесса очистки. Исследовано изменение показателей ХПК в реакторе РВП - АИ при обработке бытовых стоков. Разработаны новые высокоэффективные процессы и аппараты очистки стоков.

Отбор проб осуществлялся в конечной точке коллекторной системы, насосной станции округа Мансанарес (г. Каракас). Пробы отбирались ежечасно в течение 4 недель в сезон дождей и засушливый сезон в устоявшийся климатический период. Все измерения физико-химических характеристик сточных вод проводились с девятикратной повторностыо, - всего было проведено около 24000 измерений. В таблице 7 в качестве примера приведены средние показатели для сточных вод, а также нормативы, установленные Министерством окружающей среды и природных возобновляемых ресурсов Венесуэлы.

Таблица 7

Определение физико-химических парамет ров исследованных сточных вод

Характеристика проб Средний показатель Норматив

Проводимость (ця/см) 460-600 -

Общее содержание сухих веществ (мг/л) Общее содержание растворенных веществ (мг/л) Общее содержание взвешенных веществ (мг/л) Содержание оседающих веществ (мл/л) 480 381 99 6 88 1

Уровень рН 7,5-8,0 6,0-9,0

Щелочность (мг/л) 170

БПК5.20 (мг/л): Общее содержание Растворимое 160 66 60

ХГПС (мг/л): Общее содержание Растворимое 322 139 350

Азот (мг/л): Общее Нитраты Нитриты 18,02 0,05 0,006 40

Фосфор (мг /л) Общее содержание 2,73 10

Хлориды (мг/л) 32 1000

Сульфаты (мг/л) 43 1000

Масла и жиры (мг/л) 34 20

Поверхностно-активные вещества (мг/л) 19 2

*Сбор первичных данных по бытовым стокам округа Мансанарес г. Каракас осуществлен Хиль Касанова Марко (Венесуэла).

Как видно из табл. 7, по общему содержанию величины превышают

нормативный уровень, что свидетельствует о необходимости очистки бытовых сточных вод. Из этих данных также следует, что минимальная степень очистки стоков должна составлять: по биологически окисляемым органическим веществам 63%, по маслам и жирам - 41%, по ПАВ - 89%. Общее содержание взвешенных веществ в стоках необходимо снизить на 19 %.

Для очистки бытовых стоков был использован анаэробный реактор восходящего потока с активным илом (РВП-АИ). Как было установлено нашими исследованиями, этот реактор позволяет очистить стоки представленного состава.

В работе определена константа скорости анаэробной биохимической реакции (К) и полная потребность в кислороде (Ь), с использованием нитрификационного ингибитора. Величина БПК определялась лишь содержанием органического вещества. Кривая БПК описывается кинетическим уравнением первого порядка:

(82)

В интегральной форме зависимость (82) может быть представлена в виде уравнения:

(83)

или:

^ = 4(1-10-'«'). (84)

где: - количество потребляемого кислорода (БПК) за время проведения

испытания - полная биохимическая потребность в кислороде;

- константы реакции.

Определение константы скорости анаэробной биохимической реакции К и полной потребности в кислороде Ь проводили с использованием метода наименьших квадратов, метода моментов, метода крутизны Томаса и метода Фухимото. Результаты расчета указанных параметров представлены в табл. 8,9.

Таблица 8

Результаты расчёта параметров К (сут"1) и Ьп (мг/л)_

Взятие проб Форма органического вещества в стоках К, сут/1 Ьо, мг/л

Метод крутизны Томаса

В сезон дождей Общее содержание 0,155 173

Растворимая часть 0,144 74

В засушливый сезон Общее содержание 0,184 211

Растворимая часть 0,145 104

Взятие проб Форма органического вещества в стоках Метод Фухимото

В сезон дождей Общее содержание 0,129 169

Растворимая часть 0,100 87

В засушливый сезон Общее содержание 0,130 213

Растворимая часть 0,100 128

Взятие проб Форма органического вещества в стоках Метод моментов

В сезон дождей Общее содержание 0,200 161

Растворимая часть 0,150 71

В засушливый сезон Общее содержание 0,230 188

Растворимая часть 0,150 99

Взятие проб Форма органического вещества в стоках Метод наименьших квадрате

В сезон дождей Общее содержание 0,158 165

Растворимая часть 0,103 79

В засушливый сезон Общее содержание 0,184 202

Растворимая часть 0,117 107

Таблица 9

Усредненные значения показателей К и Ь_

Взятие проб Форма органического вещества в стоках К, сут."1 Ц, мг/л

В сезон доадей Общее содержание 0,157 165

Растворимая часть 0,147 74

В засушливый сезон Общее содержание 0,207 202

Растворимая часть 0,148 104

На рис. 10 представлена зависимость БПК от времени выдержки пробы. Кривые, построенные методом наименьших квадратов, хорошо описывают экспериментальные данные. Процесс биохимического окисления практически заканчивается за 10 суток.

| 250

0 2 4 6 8 10 12

♦ Проба 1 - БПК, характеризующее общее содержание органического вещества

■ Проба 1 - БПК, характеризующее содержание растворимого органического вещества

А Проба 2 • БПК, характеризующее общее содержание органического вещества

• Проба 2 • БПК, характеризующее содержание растворимого органического вещества

Рис.10. Зависимость БПК от времени выдержки.

В качестве модельных реакторов были выбраны устройства двух типов: тип А, объемом 0,126 м3 и тип В, объемом 0,084 м3. Оба реактора были изготовлены из поливинилхлорида и представляли собой сосуды цилиндрической формы. Камеры брожения реактора А имеет высоту 1,72 м, а высота аналогичной камеры реактора В

составляет 1,15 м. Диаметр обоих реакторов равен 0,30 м. Общий вид реакторов представлен на рис. 11.

Рис. 11. Схема реакторов РВП-АИ:

1 - подача воды;

2 - слой биологического ила;

3 - камера брожения;

4 - внутренний отстойник с газо-

вым коллектором;

5 - отстойник;

6 - газоотражатель;

7 - вывод воды;

8 - биогаз.

После проведения предварительных исследований были определены основные размеры промышленного (натурного) реактора типа РВП - АИ: объем реактора; его линейные параметры; были рассчитаны параметры системы внутренней седиментации и экспериментально определено время гидравлического удерживания (ВГУ). Эти результаты представлены в табл. 10.

Таблица 10

Основные характеристики Сепаратор газ - твердое вещество - жидкосп

Максимальная скорость 1,05 м/ч Форма прямоугольная

ВГУ (0 сред.) 6 часов Высота 1,5 м

ВГУ (0 макс.) 4 часа Длина 15м

ВГУ (0 мин.) сутки Ширина 12 м

Общая высота 6,1м Объем 288 м3

Количество точек ввода стоков в реакторе 48 Угол наклона отстойника 50°

Количество труб-диффузоров 48 Количество отстойников 3

Диаметр труб-диффузоров 25,4мм Напуск 200 мм

Точки дренажа 2 ((>=50,8мм) Отверстие между колпаками 21%

Камера брожения Количество колпачков 3

Форма Прямоугольная Водослив

Высота 4,6 м Количество 4

Объем 888 лг* Нагрузка на водослив 1,15 м'Л/ сут.

Поверхностная секция 192 м2 Длина 12 м

Длина 16 м Ширина 0,5 м

Ширина 12 м Глубина 0,5 м

В работе было проведено сравнение эффективности аэробных и анаэробных методов очистки бытовых стоков с использованием химической, технологической и экологической концепций. Проведенный анализ показал, что анаэробные методы очистки стоков имеют преимущества перед аэробными. Это же было подтверждено путем расчета термодинамического критерия AG и . Значение W„ для аэробного процесса составило 6,28 кДж/моль, а для анаэробного - 2,43 кДж/моль. Из сравнения полученных данных следует, что наибольшую внешнюю работу для очистки стоков надо затратить при использовании аэробного метода очистки, наименьшую - при использовании анаэробного метода.

В работе также был проведен расчет экономической эффективности от применения локальных очистных систем на основе: реагентного, электрокоагуляционного, гальванокоагуляционного и ионообменного методов, предназначенных для очистки стоков от ионов тяжелых металлов (приложение 10 диссертации). Показано, что наибольшей экономической эффективностью обладают гальванокоагуляционный и ионообменный методы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработан комплексный физико-химический подход к решению проблемы очистки промышленных и бытовых сточных вод сложного состава. Проанализированы химические, технологические и экологические особенности экозащитных процессов. Предложена классификация этих процессов, базирующаяся на различии скоростей химических и диффузионных процессов, протекающих в гетерогенных многокомпонентных системах, сточных водах и газовоздушных выбросах.

2. Обоснованы и введены новые безразмерные индексы техногенного воздействия для количественной экспресс-оценки эффективности экозащитных процессов при использовании одноступенчатой и многоступенчатой схем очистки выбросов и сбросов. Показана возможность использования термодинамических характеристик (изменения свободной энергии Гиббса AG, полной работы и изменения энтропии системы в качестве универсальных термодинамических критериев для оценки качества окружающей среды и эффективности экозащитных процессов.

3. Определены физико-химические закономерности реагентного, электрокоа-гуляционного, ионообменного и гальванокоагуляционного процессов очистки сточных вод: рассчитаны термодинамические параметры реакций восстановления ионов

тяжелых металлов и хрома; оценены расходы реагентов и количества образующихся осадков; установлены кинетические параметры химических реакций и массообменных процессов, протекающих в гетерогенных системах; определены концентрации ионов в промывных стоках.

4. На модельных растворах с помощью термодинамических и кинетических расчетов показано, что процессы цементации катионов на поверхности металлического железа являются необратимыми реакциями первого порядка (К=4,(М04"*-4,2-102 дм3/см2с). При нормальном режиме работы очистной установки максимальная скорость цементации наблюдается для а минимальная -для №2+. Показано, что ионы цинка удаляются из раствора за счет сорбции гидратом оксида железа с возможным образованием мицеллярной структуры.

5. Расчет критерия Пиллинга-Бедвордса позволил построить качественную модель структуры цементационных пленок, образующихся на поверхности металлического железа: для РЬ2+ и Бп2* они сплошные, для №2+ - пленки носят островковый характер, а в случае реализуется промежуточный вариант. Зависимость концентрации №2+ от времени цементации является линейной, т.е. реакция протекает в кинетической области. Криволинейная зависимость для

Си2+

указывает на переход реакции из кинетической области в диффузионную.

6. Сформулированы требования к разработке и использованию локальных очистных систем и установок; предложена методика поэтапной разработки технологической схемы экозащитного процесса. Разработана и запатентована эффективная технология очистки хромсодержащих стоков; на ее основе созданы локальная ионообменная установка и локальная очистная система, состоящая из ионообменной и гальванокоагуляционной установок, позволяющие реализовать малоотходную технологическую схему хромирования.

7. Оптимизированы режимы эксплуатации локальной ионообменной установки для очистки хромсодержащих стоков: рН стоков - 4-6, скорость пропускания стоков через слой ионита - 2,5-7,5 м/ч, порозность слоя смолы в колонне - 0,08;-0,16.

Для обеспечения работы гальванокоагуляционной установки необходимо контролировать следующие параметры: 1 - время контакта в первой камере должно быть не менее 10 минут; рН исходных сточных вод, поступающих на очистку, должно быть не более 4; объемный расход стоков при данных рабочих объемах двух камер не должен превышать 20 м3/ч.

Установлена зависимость гидравлического сопротивления фильтрующей насадки от критерия Рейнольдса с учетом пористости среды и скорости потока, что позволяет управлять режимом доочистки гальванических стоков. Определен режим магнитной доочистки сточных вод после гальванокоагулятора(/= 10-20 А, рН 6,5-8,5, Я = 40 000 А/м), что обеспечивает возврат в процесс очистки 20 % от исходного металлического железа.

8. Разработаны два способа защиты воздушной среды от загрязнения диоксидом азота: метод абсорбции с использованием поглощающих растворов гидроксида натрия и карбоната натрия и метод подавления образования оксидов азота с использованием персульфатов. Эффективность очистки с использованием первого метода достигает 92+96 %, а во втором случае практически 100 %.

9. Определены основные конструктивные параметры локальной очистной абсорбционной установки и оптимизированы физико-химические параметры экологически чистого процесса травления меди и ее сплавов. Предложен состав травильной смеси (мас. ч.): серная кислота (96%) - 360-=-610; азотная кислота (63%) -3801-5-640; хлорид натрия - 4-+12; персульфат натрия, калия или аммония - 14+50. Показано, что процесс можно проводить при комнатной температуре; объемный расход воздуха, пропускаемого через раствор, составляет 0,07 2,78 м3/м2 мин. Для реализации на практике абсорбционного метода очистки спроектирована, опробована в промышленных условиях и запатентована барботажная установка, позволяющая достигнуть высокой эффективности очистки газовоздушных выбросов от диоксида азота.

10. Выявлены эколого-химические особенности анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков. Определены физико-химические характеристики и состав бытовых сточных вод. Показано, что для соблюдения нормативов качества воды степень очистки стоков должна составлять (%): по биологически окисляемым веществам - 63, по маслам и жирам - 41, по ПАВ - 89. Изучение кинетики биологической очистки в реакторе восходящего потока с активным илом (РВП-АИ) показало, что среднее значение константы скорости анаэробной биохимической реакции составляет ~ 0,17 сут-1

11. Измерение показателей БПК и ХПК в пилотном реакторе системы РВП-АИ. позволило установить, что степень разложения органических веществ в стоках при времени гидравлического удерживания 6 ч. составляет 50 %. Результаты экспериментальных исследований использованы для проектирования натурного реактора РВП-АИ;

12. Расчетным путем показано, что наибольшей экономической эффективностью при очистке промышленных стоков обладают ионообменный и гальванокоагуляционный методы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Основные методы разработки новых эко-защитных процессов и технологий. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 6,2002, с.28 - 40.

2. Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Методика определения слоев катеонита и анионита в локальной ионообменной установке. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 6,2002, с. 41-44.

3. Кривошеин ДА, Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Выбор метода очистки хромсодер-жащих промывных стоков. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 3,2003, с. 48-56.

4. Кривошеин ДА, Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Разработка эффективных методов защиты воздушной среды от оксида азота, выделяющихся при травлении меди и ее сплавов. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 3, 2003,с. 57-64.

5. Кривошеин ДА, Харламова М.Д., Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Основные методы разработки новых экозащитных процессов и технологий. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 7,2003, с. 66-73.

6. Кривошеин ДА, Харламова М.Д., Зволинский В.П. Термодинамическая оценка эффективности работы очистных сооружений и устройств. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 7,2003, с. 74 - 79.

7. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П. Термодинамическая оценка загрязнения окружающей среды и эффективности применения экозащитных мероприятий. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 7,2003, с. 122-129.

8. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Анализ окислительно-восстановительных реакций, протекающих при травлении меди и ее сплавов, содержащих персульфаты. Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. № 7,2003, с, 175 -180.

9. Кривошеин ДА, Шорина О.С. Анализ, обезвреживание и регенерация хрома и свинца из промстоков гальванических ванн. Технология полиграфии: физико-химические проблемы: Межведомственный сборник научных трудов. Вып.Ю. - М.: Изд-во МГУП «Мир книги», 1998, с. 84-89. (Технология и оборудование полиграфического производства).

10. Кривошеин Д.А., Кукин П.П., Зубарев Ю.В. Разработка эффективных методов защиты гидросферы от промышленных стоков. В сб. Научных трудов «МАТИ» -Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского. - М.: Изд-во ЛАТМЭС, 1998, Вып. 1(73). с.395-400.

11. Кривошеин ДА. Разработка новых способов защиты воздушной среды. В сб. Технология полиграфии: физико-химические проблемы: Межведомственный сборник научных трудов. - М.: Изд-во МГУП «Мир книги», 1998, Вып. 12. с.69-74. (Технология и оборудование полиграфического производства).

12. Кривошеин ДА Защита воздушной среды от загрязнения диоксидом азота. В сб. Научных трудов «МАТИ» - Российского государственного технологического университета. - М.: Изд-во ЛАТМЭС, 1999, Вып.2(74). с. 313-316.

13. Кривошеин ДА., Курденкова ТЛ., Шорина О.С. Исследование процессов очистки стоков от шестивалентного хрома ионообменным методом. В сб. Технология полиграфии: физико-химические проблемы: Межведомственный сборник научных трудов. - М: Изд-во МГУП «Мир книги», 1999, Вып.14. с.58-73.

14. Кривошеин Д.А., Лапин В.Л. Способ демеркуризации ртутных ламп. В сб. Научных трудов международной специализированной выставки «Отходы 1999: индустрия переработки и утилизации». - М.: Изд-во «Ликонта», 1999, с. 120-123.

15. Кривошеин Д.А., Кривошеин А.Д. Локальная ионообменная установка для очистки промышленных стоков от тяжелых металлов и хрома. В сб. Трудов Международной научно-практической конференции «Отходы 2001: индустрия переработки и утилизации». - М.: Изд-во «Продгарант - ВИЭШ», 2001, с. 257 - 265.

16. Кривошеин ДА., Пискунов ВА, Зубарев Ю.В. и др. Устройство для очистки промышленных выбросов. Авторское свидетельство СССР SU 1729022 Л!, кл. В 0Ш 47/02,1990.

17. Кривошеин Д.А., Пискунов В.А., Зубарев Ю.В. и др. Способ очистки сточной воды от шестивалентного хрома. Патент СССР SU 1811679 Л3, кл. С 02Б 1/42,1991.

18. Кривошеин Д.А., Пискунов В.А., Зубарев Ю.В. и др. Способ травления меди и ее сплавов. Патент РФ Яи 2013466 С1,кл. С 23Б 1/18,1994.

19. Кривошеин Д.А., Пискунов В.А., Зубарев Ю.В. и др. Ионообменная колонна для очистки сточных вод от тяжелых цветных металлов и хрома. Патент РФ Яи 2036001, кл. В 011 47/04, С 02Б 1/42,1995.

20. Кривошеин Д.А., Пискунов ВА, Зубарев Ю.В. и др. Способ регенерации ионита, насыщенного ионами шестивалентного хрома. Положительное решение по заявке № 920007601/04(053112) от 02.11.1994.

21. Кривошеин ДА Экологически чистый способ травления меди и ее сплавов. Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Новые магериалы и технологии машиностроения» (Секция «Промышленная экология и безопасность в современных технологических процессах»). - М.: Изд-во МАТИ, 1992. - с. 68.

22. Кривошеин Д.А., Лапин В.Л. Комплексный подход к решению экологических задач гальванического производства. Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии машиностроения» (Секция «Промышленная экология и безопасность в современных технологических процессах»), - М.: Изд-во МАТИ, 1992. - с. 48.

23. Кривошеин Д.А. Формирование экологического мышления на примере решения одной из природоохранных задач московского региона. Тезисы докладов Всероссийской научно-методической конференции «Проблемы формирования личности инженера XXI века». - М.: Изд-во МАТИ, 1993. с. 200-202.

24. Кривошеин Д.А. К вопросу об эффективности использования ионообменного способа для очистки сточных вод от тяжелых металлов и хрома. Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии машиностроения» (Секция «Промышленная экология, эргономика и безопасность в современных технологических процессах»). - М.: Изд-во МАТИ, 1993. с. 19-20.

25. Кривошеин Д.А., Девисилов В.А. Технология и установка для утилизации осадков сточных вод, отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-98». - М.: Изд-во ЛАТМЭС, 1998. - с. 313.

26. Кривошеин ДА, Муравей ЛА., Роева Н.Н.И др. Экология и безопасность жизнедеятельности. - М.: Изд-во ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 С.

27. Кривошеин ДА, Муравей ЛА., Маркина Э.В. и др. Безопасность жизнедеятельности. - М.: Изд-во ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 431 С.

28. Кривошеин ДА, Кукин П.П., Лапин В.Л. и др. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков. - М.: Высшая школа, 2003.- 344 С.

29. Кривошеин ДА., Зволинский В.П. Общие подходы к разработке новых эко-защитных процессов и технологий. В сб. Научных трудов «Актуальные проблемы экологии и природопользования». - М.: Изд-во РУДН, 2003, Вып. 3. ч. 2. с.146 - 148.

30. Кривошеин ДА, Харламова МД., Зволинский В.П. Количественные критерии для оценки эффективности экозащитных процессов и технологий. Там же. с. 149-151.

31. Кривошеин ДА, Ковалев Ю.П., Зволинский В.П. Повышение эффективности мероприятий защиты атмосферы методом управления и автоматизации систем очистки многокомпонентных газовых выбросов. Там же, с. 152 -161.

32. Хиль Касанова Марко, Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Теоретические основы процесса анаэробной очистки бытовых стоков и переработки их осадков. Там же. с. 162-166.

33. Хиль Касанова Марко, Кривошеин Д.А., Зволинский В.П. Применение физико-химических методов для контроля бытовых сточных вод округа Мансанарес (Каракас, Венесуэла). Там же. с. 167 -171.

34. Хиль Касанова Марко, Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Исследование технологической схемы очистки бытовых сточных вод в реакторе типа UASB. Там же. с. 172-178.

35. Харламова М.Д., Кривошеин Д.А., Зволинский В.П. Выбор эффективного метода очистки промывных хромсодержащих стоков гальванического производства. Там же. с. 235-238.

36. Харламова М.Д., Кривошеин Д.А., Зволинский В.П. Выбор оптимальной технологической схемы экозащитного процесса очистки сточных вод гальванических производств. Там же. с. 239 - 248.

37. Кривошеин Д.А., Зволинский В.П. Термодинамическая оценка опасности и риска в природных и техногенных системах. В сб. Научных трудов «Актуальные проблемы экологии и природопользования». Физико-химические исследования в экологии. -М.: Изд-во РУДН, 2004. Вып. 5. ч. 1. с. 239 - 248.

38. Нещадин СВ., Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Исследование химического состава сточных вод гальванических цехов и участков машиностроительных производств. Там же. с. 142 -147.

39. Нещадин СВ., Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Автоматизация контроля качества очистки сточных вод гальванических производств. Там же. С. 148 -150.

40. Нещадин СВ., Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Выбор технологической схемы гальванокоагуляционной очистки промывных стоков машиностроительных предприятий. Там же. с. 151 -154.

41. Нещадин СВ., Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Разработка оборотной схемы водоснабжения гальванопроизводства после гальванокоагуляционной очистки. Там же. с. 155-159.

42. Нещадин СВ., Кривошеин ДА, Зволинский В.П. Разработка гальванокоагуля-ционной очистки стоков в условиях пиковых нагрузок. Там же. с. 160 - 164.

43. Нещадин СВ., Кривошеин Д.А., Зволинский В.П. Обоснование и расчет опытного аппарата магнитной очистки сточных вод после обработки их на гальванокоагуляционной установке. Там же. с. 165 - 172.

44. Киндеев П. С, Кривошеин ДА, Киприянов H.A. Разработка гальванокоагуляционного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Там же. с. 173-177.

45. Лян Чжуньюй, Нещадин СВ., Кривошеин Д.А. Обоснование выбора фильтровальной ткани для фильтр-прессов типа ФПАКМ. Там же. с. 182 -183.

46. Лян Чжуньюй, Нещадин СВ., Кривошеин ДА. Подготовка осадков Курьяновской станции аэрации к механическому обезвоживанию. Там же. с. 182 -183.

47. Лян Чжуньюй, Нещадин СВ., Кривошеин ДА Выбор оптимального режима обезвоживания осадков. Там же. с. 184 -187.

48. Хиль Касанова Марко, Кривошеин ДА, Исаев К.В. Анализ современных технологических схем, применяемых в России для анаэробной переработки органических осадков. Там же, с. 188 -192.

49. Хиль Касанова Марко, Кривошеин ДА, Исаев К.В. Исследование двухфазной технологии анаэробного сбраживания осадков городских сточных вод. Там же. с. 193 -196.

50. Хиль Касанова Марко, Зволинский В.П., Кривошеин ДА Выбор стандартного метатенка для промышленной очистной станции. Там же, с. 197 - 201.

51. Хиль Касанова Марко, Зволинский В.П., Кривошеин ДА Расчет кинетических параметров при определении БПК. Там же, с. 202 - 206.

52. Дмитренко В.П., Кривошеин ДА, Федотова Н.В. Модернизация процесса флотационной доочистки нефтесодержащих сточных вод. В сб. «Инновационные технологии XXI века для рационального природопользования, экологии и устойчивого развития», Материалы форума. - М.: Издательский дом «Ноосфера», 2004, с. 246-255.

53. Лапин В.Л., Кривошеин Д.А. Примерная программа дисциплины «Теоретические основы защиты окружающей среды». В сб. «Направление подготовки дипломированных специалистов 656600 «Защита окружающей среды» - М.: МГТУ, 2002, с. 121- 127.

54. Кривошеин Д.А. Примерная программа дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» В сб. «Направление подготовки дипломированных специалистов 656600 «Защита окружающей среды». -М.: МГТУ, 2002, с. 128 -133.

55. Федотова Н.В., Дмитренко В.П., Кривошеин ДА Опробование флотационной установки для очистки нефтесодержащих сточных вод. В сб. Научных трудов «МАТИ» - Российского технологического университета им. К.Э. Циолковского, Вып. 6 (78), 2004, с.359 - 365.

Кривошеим Дмитрий Александрович (Россия) Физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем

Учет химических, технологических и экологических факторов является необходимым условием при создании локальных очистных систем. В настоящей работе изложена методология и предложены физико-химические подходы, используемые при решении данной экологической проблемы. Они основаны на использовании введенных критериев техногенной нагрузки при одноступенчатой и многоступенчатой очистки выбросов и сбросов, а также универсального термодинамического критерия, учитывающего энергетические факторы. На базе предложенных критериев с учетом указанных факторов исследованы и разработаны следующие очистные системы: Ионообменная и гальванокоагуляционная установки для очистки стоков гальванического производства, процессы и аппараты для защиты воздушной среды от загрязнения оксидами азота, анаэробный реактор восходящего потока для обезвреживания бытовых стоков. Эти системы показали высокую практическую эффективность Большинство из использованных в схемах локальных очистных аппаратов запатентовано.

The account of chemical, technological and ecological factors is a necessary condition for the creation of local clearing systems. In the present work physical and chemical approaches and methodology of such systems development for clearing water drains and air-gas emissions are stated. They are based on the new quantitative criteria of clearing efficiency and on universal thermodynamic technogenious pollution criteria. On the basis of these criteria and in a view of the specified factors the following clearing systems were investigated and developed: ion-changed and galvanic and coagulation plants ior the galvanic manufacture drains clearing; processes and plants for the air environment protection against nitrogen oxides pollution, anaerobic reactor of an ascending stream for the household drains neutralization. These systems have shown high practical efficiency. The ma'oiity of the developed local clearing plants was patented.

Dmitry A. Krivoshein (Russia) Physical and chemical bases of local purification systems development and using

Принято к исполнению 11/03/2005 Исполнено 12/03/2005

Заказ № 668 Тираж. 100 экз..

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095)747-64-70 (095)318-40-68 чу\теаи1оге£егат

2F. 00

Содержание диссертации, доктора химических наук, Кривошеин, Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СБРОСОВ И ВОЗДУШНЫХ ВЫБРОСОВ.

1.1. Использование локальных экозащитных процессов при разработке

1 I ' малоотходных и безотходных технологий.

1.1.1. Классификация экозащитных процессов.

1.1.2. Принципы организации малоотходных и безотходных производств.

1.1.3. Нормативы качества окружающей среды и критерии, используемые для количественной оценки безотходпости производства.

1.2. Современные концепции, применяемые при создании новых химико-технологических процессов.

1.3. Техногенное загрязнение окружающей среды машиностроительными предприятиями.

1.4. Биологическое загрязнение окружающей среды бытовыми сточными водами.

1.5. Современные методы защиты окружающей среды с использованием локальных очистных установок.

1.5.1. Защита водной среды от воздействия гальванических производств.

1.5.2. Защита воздушной среды от загрязнения оксидами азота.

1.5.3. Биохимические методы очистки бытовых стоков.

1.6. Экономические аспекты внедрения экологически безопасного производства.

1.7. Цель работы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА

ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКОЗАЩИТНЫХ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Методология разработки локальных экозащитных процессов и технологий.

2.1.1. Анализ химических особенностей экозащитного процесса.

2.1.2. Анализ технологических факторов экозащитного процесса.

2.1.3. Экологические аспекты химико-технологической концепции.

2.2. Количественная экспресс-оценка эффективности экозащитных процессов и технологий.

2.2.1. Количественные безразмерные критерии эффективности одноступенчатой и многоступенчатой очистки.

2.2.2. Количественный термодинамический критерий качества окружающей среды.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫВНЫХ СТОКОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ.

3.1. Объекты и методы исследования.

3.2. Исследование химико-технологических особенностей процессов очистки.

3.2.1. Расчет необходимых количеств реагентов-восстановителей, реагентов-осадителей и образовавшихся осадков при использовании реагентпого метода очистки.

3.2.2. Исследование химических параметров электрокоагуляционного метода очистки стоков.

3.2.3. Моделирование режимов очистки промывных стоков при использовании ионообменного метода.;.

3.2.4. Моделирование режимов регенерации насыщенных хромом анионитов кислотными растворами.

3.2.5. Химическое моделирование процесса цементации, лежащего в основе метода гальванокоагуляции.

3.2.6. Расчет и сравнение технологических параметров физико-химических методов очистки стоков.

3.3. Исследование экологических особенностей сравниваемых методов очистки.

3.4. Экспресс-оценка эффективности конкурирующих методов очистки с помощью количественных критериев.

3.5. Создание базы данных и выбор эффективного физико-химического метода локальной очистки промывных стоков.

3.6. Оптимизация параметров и исследование эффективности ионообменной и гальванокоагуляционной установок в производственных условиях.

3.6.1. Ионообменная локальная установка.

3.6.2. Гальванокоагуляциоппая локальная установка.

3.7. Технологическая схема установки для обезвреживания хромсодержащих промывных стоков.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ГАЛЬВАНИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

4.1. Объекты и методика исследования.

4.2. Химико-технологические особенности абсорбционного очистки и метода подавления образования диоксида азота в процессе травления.

4.2.1. Исследование процессов хемосорбции оксидов азота карбонатом натрия.

4.2.2. Расчет химических и кинетических параметров процесса подавления образования диоксида азота персульфатами.

4.2.3. Сравнительная оценка технологических параметров конкурирующих процессов.

4.3. Экспериментальная проверка предложенных способов защиты воздушной среды от загрязнений диоксидом азота.

4.3.1. Результаты исследований абсорбционного способа очистки.:•.

4.3.2. Результаты исследований метода подавления образования диоксида азота.

4.4. Исследование экологических особенностей сравниваемых методов защиты воздушной среды.

4.5. Экспресс-оценка эффективности применения конкурирующих методов защиты воздушной среды.

4.6. Сравнение эффективности применения абсорбционного способа и способа подавления образования диоксида азота для защиты воздушной среды.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЭРОБНЫХ И АЭРОБНЫХ МЕТОДОВ

ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОКОВ.

5.1. Объекты и методы исследования.

5.1.1. Общая характеристика образующихся городских сточных вод.

5.1.2. Методика отбора проб сточных вод.

5.1.3. Методы анализа стоков in situ и в лаборатории.

5.1.4. Метод математического моделирования количественных закономерностей роста бактерий Михаэлиса-Ментена.

5.1.5. Методы определения константы скорости анаэробной биохимической реакции.

5.2. Исследование химико-технологических параметров аэробной и анаэробной очистки бытовых сточных вод.

5.2.1. Основные характеристики локальных аэробных очистных сооружений.

5.2.2. Расчет продолжительности работы аэробных сооружений с использованием кинетических констант.

5.2.3. Исследование кинетики анаэробного сбраживания органических веществ.

5.3. Экспериментальное сравнение кинетических характеристик аэробного и анаэробного методов очистки бытовых сточных вод.

5.3.1. Анализ изменений параметров проб во времени.

5.3.2. Определение физико-химического состава сточных вод.

5.4. Исследование биохимических процессов локальной очистки в реакторе восходящего потока с активным илом.

5.4.1. Используемые типы реакторов восходящего потока.

5.4.2. Эксплуатационные временные параметры реактора восходящего потока.

5.4.3. Расчет размерных параметров реактора восходящего потока.

5.4.4. Расчет системы внутренней седиментации.

5.4.5. Расчет системы распределения входящего потока в реакторе РВП-АИ.

5.4.6. Разработка системы отбора проб и поступления ила.

5.5. Технологические особенности анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков.

5.6. Исследование экологических особенностей анаэробного и аэробного процессов очистки бытовых сточных вод.

5.7. Экспресс-оценка сравниваемых методов очистки бытовых стоков с помощью количественных критериев.

5.8. Сравнительный анализ эффективности применения аэробного и анаэробного методов очистки бытовых сточных вод.

Выводы к главе 5.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем"

Актуальность работы. Большинство современных промышленных предприятий в России использует «концевые» технологии очистки, при которых суммарные выбросы или сбросы очищаются в конце производственного процесса. Такой подход не может обеспечить экологическую чистоту производства, поскольку не позволяет вернуть ресурсы и сырье в технологический цикл. Эту проблему можно решить с помощью локальной очистки стоков или выбросов. Локальные очистные устройства - это аппараты, которые устанавливают непосредственно у источника загрязнения окружающей среды для нейтрализации его негативного воздействия. Аппараты, объединенные в технологическую схему, образуют локальную очистную систему.

Эти системы должны обладать высокой эффективностью, компактностью, универсальностью, простотой и экономичностью. Такие системы легче автоматизировать, их можно проектировать по блочному принципу, что позволяет, в случае необходимости, плавно наращивать производительность.

Основное преимущество локальных очистных систем заключается в их большей гибкости, позволяющей с минимальными затратами переориентироваться на очистку выбросов или сбросов. При этом объемные расходы, состав и концентрации в них могут варьироваться в широких пределах.

Локальные очистные системы применяются для очистки промышленных и бытовых выбросов (сбросов) и обеспечивают возможность возврата сырья и ресурсов в технологический цикл на уровне отдельного технологического процесса или нескольких процессов.

До начала выполнения наших исследований в литературе отсутствовали публикации, развивающие комплексный подход к созданию локальных очистных систем. Решению этой проблемы и посвящена данная диссертация.

Цель работы - разработка физико-химических основ локальной очистки промышленных и - бытовых водных стоков и газовоздушных выбросов с целью реализации на практике принципов организации малоотходного производства и оздоровления окружающей среды.

Основные задачи, решаемые в представленной работе:

• анализ современных методов очистки сточных вод и газовоздушных выбросов;

• разработка методологии комплексного анализа экозащитных процессов;

• эколого-химическое исследование процессов локальной очистки промывных стоков гальванических производств;

• разработка эффективных методов защиты воздушной среды в гальваническом производстве;

• исследование анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков;

• оценка эффективности применения локальных очистных систем.

Научная новизна работы.

Разработаны методологические основы оптимизации локальных экозащитных процессов, обоснованы безразмерные критерии и термодинамические параметры для количественной экспресс-оценки эффективности экозащитных процессов. i

Исследованы гетерогенные физико-химические процессы, лежащие в основе реагентного, электрокоагуляционного, гальванокоагуляционного и ионнообменного методов очистки сточных вод. Рассчитаны термодинамические параметры реакций восстановления ионов тяжелых металлов и хрома. Оценены расходы реагентов и количества образующихся осадков. Установлены кинетические параметры химических реакций и массо-обменных процессов, протекающих в гетерогенных системах. Определены концентрации ионов тяжелых металлов в промывных стоках.

Проведен термодинамический анализ и исследованы кинетические характеристики реакций цементации, протекающих при очистке стоков от ионов тяжелых металлов гальванокоагуляционным методом.

2+ # о -j

Установлено, что процессы цементации катионов Cr(VI), Си , Ni , Sn2+, Pb2f на поверхности металлического железа являются необратимыми

•4 2 3 2 реакциями первого порядка (К=4,0* 10 +4,2-10 дм/см-с). Максимальная

2 "I" -2+ скорость цементации наблюдается для Си , а минимальная - для Ni . Показано, что ионы цинка удаляются из раствора за счет сорбции гидратом оксида железа (III) - РегОз-пНгО с возможным образованием мицеллярной структуры.

С помощью расчетов критерия Пиллинга-Бедвордса построена качественная модель структуры цементационных пленок, образующихся на поверхности металлического железа: для Pb2f и Sn2f они сплошные, для Ni24"пленки носят островковый характер, а в случае Си24" реализуетсяпроме

•2*1" жуточный вариант. Зависимость концентрации Ni от времени цементации является линейной, т.е. реакция протекает в кинетической области.

2+ 2+

Криволинейная зависимость для Pb , Sn , и Си указывает на переход реакции из кинетической области в диффузионную.

Изучены возможности использования персульфатов натрия, калия или аммония в качестве реагентов, подавляющих выделение диоксида азота из травильных ванн при обработке меди и ее сплавов.

Измерены кинетические характеристики анаэробного и аэробного процессов очистки бытовых сточных вод в локальных очистных установках. Сформулированы требования к стокам, обрабатываемым с использованием анаэробного реактора восходящего потока. Изучено изменение показателей БПК и ХПК в реакторе при обработке бытовых стоков.

Практическая ценность. Разработана эффективная технология очистки хромсодержащих стоков и на ее основе создана локальная ионно-обменная установка, позволяющая существенно снизить отходы при хромировании металлов. Усовершенствован гальванокоагуляционный метод очистки сточных вод от хрома и ионов тяжелых металлов. На основе локальной ионообменной и гальванокоагуляционной установок предложена интегрированная технологическая схема комплексной очистки хромсодер-жащих промывных стоков.

Исследованы два основных направления защиты воздушной среды от загрязнения диоксидом азота, выделяющегося при травлении меди и ее сплавов: абсорбционный способ очистки с использованием специально разработанной барботажной колонны и метод подавления образования диоксида азота непосредственно в травильной ванне путем добавления в нее персульфатов.

Опробован на практике анаэробный метод очистки бытовых стоков. Результаты экспериментальных исследований использованы для проектирования натурного реактора восходящего потока с активным илом (РВП-АИ).

Разработанные технические решения были опробованы в производственных условиях, где показали высокую эффективность. Содержание ионов тяжелых металлов в стоках после очистки исследованными методами не превышают величины ПДК.

Предложена усовершенствованная схема очистки промышленных стоков, включающая в себя оборотную систему многократного использования 90 % технологической воды с автоматизированным контролем качества очистки стоков.

При защите воздушной среды от загрязнения диоксидом азота эффективность метода абсорбции составляет 92-96 %. Использование персульфатов полностью исключает выделение оксидов азота (эффективность 100 %).

Показано, что метод анаэробной очистки стоков обеспечивает соблюдение нормативов качества воды - степень очистки стоков составляет (%): по биологически окисляемым веществам - 63, по маслам и жирам - 41, по ПАВ - 89.

Предложенные и испытанные на практике локальные очистные системы позволяют снизить загрязнение окружающей среды до безопасных значений и обеспечивают существенный экономический эффект. Данные технические решения защищены 4 патентами.

Положения, выносимые па защиту.

• Введение и обоснование нового системно-экологического понятия -«экозащитный процесс» с целью определения комплекса химико-технологических процессов, обеспечивающих защиту окружающей среды от техногенных видов загрязнений.

• Классификация экозащитных процессов, основанная на различии скоростей химических и диффузионных процессов, протекающих в гетерогенных многокомпонентных системах.

• Комплексный физико-химический подход к проблеме очистки промышленных и бытовых стоков,

• Новые безразмерные индексы для количественной экспресс оценки эффективности экозащитных процессов.

• Термодинамические характеристики техногенного воздействия промышленного производства на окружающую среду.

• Методология выбора эффективных экозащитных процессов с учетом химических, технологических и экологических факторов.

• Физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем для защиты окружающей среды от техногенного воздействия.

• Эколого-химическое обоснование анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков.

• Оценка эффективности применения локальных очистных систем. Апробация работы. Основные материалы работы докладывались па следующих конференциях, конгрессах, форумах, выставках и семинарах: Российская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии машиностроения» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь 1992); Всероссийская научно-методическая конференция «Проблемы формирования личности инженера XXI века» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, январь, 1993); Российская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии машиностроения» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь, 1993); Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь 1997); Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии - НМТ-98» (Москва, МГАТУ им. К.Э. Циолковского, ноябрь 1998); Семинар в рамках Международной специализированной выставки «Отходы 1999: индустрия переработки и утилизации» (Москва, Госкомитет РФ по охране окружающей среды, июнь 1999); Всероссийские конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, экологический факультет РУДН, апрель 2002 и 2003 гг.); Международный форум «Инновационные технологии ХХ1-го века для рационального природопользования, экологии и устойчивого развития» в рамках Международной выставки «Экоэффективность — 2004» октябрь, Москва.

Диссертация докладывалась и обсуждалась па научных семинарах кафедры экологического мониторинга и прогнозирования РУДН и кафедры «Промышленная экология и безопасность производства» МАТИ им. К.Э. Циолковского в 2000-2005 г.г., а материалы диссертации внедрены в учебный процесс этих кафедр.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 46 научных работ, получено 4 патента, а также издано 3 учебных пособия, 2 учебные программы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и десяти приложений. Объем основного текста работы составляет 319 страниц, кроме этого в работе 87 иллюстраций и 83 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Кривошеин, Дмитрий Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

На основании разработанных теоретических и практических положений решена крупная научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, впервые на базе комплексного подхода созданы физико-химические основы разработки и применения локальных очистных систем, что позволяет повысить уровень защищенности жизненно важных интересов человека, общества и окружающей среды.

1. Разработан комплексный физико-химический подход к решению проблемы очистки промышленных и бытовых сточных вод сложного состава. Проанализированы химические, технологические и экологические особенности экозащитных процессов. Предложена классификация этих процессов, базирующаяся на различии скоростей химических и диффузионных процессов, протекающих в гетерогенных много-компонентных системах, сточных водах и газовоздушных выбросах.

2. Обоснованы и введены новые безразмерные индексы техногенного воздействия Kri и Кгп для количественной экспресс-оценки эффективности экозащитных процессов при использовании одноступенчатой и многоступенчатой схем очистки выбросов и сбросов. Показана возможность использования термодинамических характеристик (изменения свободной энергии Гиббса AG, полной работы WB„ и изменения энтропии системы AS) в качестве универсальных термодинамических критериев для оценки качества окружающей среды и эффективности экозащитных процессов.

3. Определены физико-химические закономерности реагентного, элек-трокоа-гуляционного, ионообменного и гальвапокоагуляционного процессов очистки сточных вод: рассчитаны термодинамические параметры реакций восстановления ионов тяжелых металлов и хрома; оценены расходы реагентов и количества образующихся осадков; установлены кинетические параметры химических реакций и массообменных процессов, протекающих в гетерогенных системах; определены концентрации ионов в промывных стоках.

4. На модельных растворах с помощью термодинамических и кинети

2 + ческих расчетов показано, что процессы цементации катионов Cr(VI), Си , Ni24", Sn2+, Pb2+ на поверхности металлического железа являются необратимыми реакциями первого порядка (К=4,0-104+4,2-102 дм3/см2-с). При нормальном режиме работы очистной установки максимальная скорость цемен

2"Ь 2 4" тации наблюдается для Си , а минимальная - для Ni . Показано, что ионы цинка удаляются из раствора за счет сорбции гидратом оксида железа (III) -Fe203-nH20 с возможным образованием мицеллярной структуры.

5. Расчет критерия Пиллинга-Бедвордса позволил построить качественную модель структуры цементационных пленок, образующихся на поверхности металлического железа: для Pb2f и Sn2f они сплошные, для Ni2+ -пленки носят островковый характер, а в случае Си2+ реализуется промежуточный вариант. Зависимость концентрации Ni от времени цементации является линейной, т.е. реакция протекает в кинетической области. Криволинейная зависимость для РЬ2+, 8п2+, и Си2"1" указывает на переход реакции из кинетической области в диффузионную.

6. Сформулированы требования к разработке и использованию локальных очистных систем и установок; предложена методика поэтапной разработки технологической схемы экозащитного процесса. Разработана и запатентована эффективная технология очистки хромсодержащих стоков; на ее основе созданы локальная ионообменная установка и локальная очистная система, состоящая из ионообменной и гальванокоагуляционной установок, позволяющие реализовать малоотходную технологическую схему хромирования.

7. Оптимизированы режимы эксплуатации локальной ионообменной установки для очистки хромсодержащих стоков: рН стоков - 4-6, скорость пропускания стоков через слой ионита - 2,5-7,5 м/ч, порозность слоя смолы в колонне - 0,08;-0,16.

Для обеспечения работы гальванокоагуляционной установки необходимо контролировать следующие параметры: Ь - время контакта в первой камере должно быть не менее 10 минут; рН исходных сточных вод, поступающих на очистку, должно быть не более 4; объемный расход стоков при данных рабочих объемах двух камер не должен превышать 20 м3/ч.

Установлена зависимость гидравлического сопротивления фильтрующей насадки от критерия Рейнольдса с учетом пористости среды и скорости потока, что позволяет управлять режимом доочистки гальванических стоков. Определен режим магнитной доочистки сточных вод после гальванокоагулятора (I = 10-20 А, рН 6,5-8,5, Н = 40 000 А/м), что обеспечивает возврат в процесс очистки 20 % от исходного металлического железа.

8. Разработаны два способа защиты воздушной среды от загрязнения диоксидом азота: метод абсорбции с использованием поглощающих растворов гидроксида натрия и карбоната натрия и метод подавления образования оксидов азота с использованием персульфатов. Эффективность очистки с использованием первого метода достигает 92+96 %, а во втором случае практически 100%.

9. Определены основные конструктивные параметры локальной очистной абсорбционной установки и оптимизированы физико-химические параметры экологически чистого процесса травления меди и ее сплавов. Предложен состав травильной смеси (компоненты, масс, ч): серная кислота (96%) - 36(Н610; азотная кислота (63%) - 38(Н640; хлорид натрия - 4-И2; персульфат натрия, калия или аммония - 14-^-50. Показано, что процесс можно проводить при комнатной температуре; объемный расход воздуха, пропускае

3 2 мого через раствор, составляет 0,07^-2,78 м /м мин. Для реализации на практике абсорбционного метода очистки спроектирована, опробована в промышленных условиях и запатентована барботажная установка, позволяющая достигнуть высокой эффективности очистки газовоздушных выбросов от диоксида азота.

10. Выявлены эколого-химические особенности анаэробных и аэробных методов очистки бытовых стоков. Определены физико-химические характеристики и состав бытовых сточных вод. Показано, что для соблюдения нормативов качества воды степень очистки стоков должна составлять (%): по биологически окисляемым веществам - 63, по маслам и жирам - 41, по ПАВ - 89. Изучение кинетики биологической очистки в реакторе восходящего потока с активным илом (РВП-АИ), показало, что среднее значение константы скорости анаэробной биохимической реакции составляет -0,17 сут-1

11. Измерение показателей ВПК и ХПК в пилотном реакторе системы РВП-АИ. позволило установить, что степень разложения органических веществ в стоках при времени гидравлического удерживания ВГУ=6 ч. составляет 50 %. Результаты экспериментальных исследований использованы для проектирования натурного реактора РВП-АИ;

12. Расчетным путем показано, что наибольшей экономической эффективностью при очистке промышленных стоков обладают ионообменный и гальванокоагуляционный методы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в данной работе исследований разработаны принципы создания новых, а также совершенствования существующих эко-защитных процессов, применяемых в машиностроении.

Результаты, полученные в данной работе можно условно разделить на результаты прикладного характера, имеющих прямое практическое применение и результаты, необходимые для понимания закономерностей, лежащих в основе создания эффективных экозащитных процессов.

К числу последних необходимо отнести сформулированные требования, которые следует использовать при разработке химической, технологической и экологической концепции создаваемых экозащитных процессов, предложенную классификацию этих процессов, а также обоснование критериев, в том числе и термодинамического, которые могут применятся для экспресс - оценки качества окружающей среды и эффективности инженерных мероприятий, используемых для ее защиты.

Предложены методы количественной оценки технологического принципа наилучшего использования разности потенциалов с применением понятия интенсивности процесса или аппарата, а также способ расчета высот слоев катионита и анионита в локальной ионообменной очистной установке, при которых происходит их одновременное насыщение.

Рассчитаны термодинамические параметры реакций восстановления ионов тяжелых металлов и хрома Оценены расходы реагентов и количества образующихся осадков.

Проведен термодинамический анализ и исследованы кинетические характеристики реакций цементации, протекающих при очистки стоков от ионов тяжелых металлов гальванокоагуляционным методом. Также проведен термодинамический анализ возможности использования персульфатов натрия, калия или аммония в качестве реагентов, подавляющих выделение диоксида азота из травильных ванн при обработке меди и ее сплавов, на основании чего составлены химические уравнения соответствующих реакций.

Разработанные схемы теоретического анализа были использованы при выборе метода очистки хромсодержащих стоков и стоков, содержащих тяжелые металлы машиностроительных предприятий, а также способа защиты воздушной среды от загрязнения диоксидом азота, выделяющегося при травлении меди и ее сплавов.

В части работы, касающейся биологической очистки бытовых сточных вод, к числу теоретических результатов можно отнести сформулированные требования, предъявляемые к стокам, которые направляются на очистку в реактор восходящего потока (РВП-АИ). Установлена константа скорости реакции, протекающей при очистке сточных вод, и определена требуемая потребность в кислороде для ее реализации. Изучено изменение показателей БПК и ХПК в реакторе типа РВП-АИ при обработке бытовых стоков.

К результатам настоящей работы, имеющим прямое практическое применение, относятся данные, касающиеся разработки эффективной технологии очистки хромосодержащих стоков и создание на ее основе локальной ионообменной установки, позволяющих осуществить малоотходную технологическую схему хромирования. Для решения указанной задачи был проведен комплекс экспериментальных исследований, направленных на изучение закономерностей ионообменной сорбции шестивалентного хрома и регенерации насыщенного анионита кислотными растворами. Также усовершенствован гальванокоагуляционный метод очистки сточных вод от хрома и ионов тяжелых металлов. На основе локальной ионообменной и гальванокоагуля-ционной установок предложена интегрированная технологическая схема комплексной очистки хромсодержащих промывных стоков. Кроме того, были выбраны два основных направления защиты воздушной среды от загрязнения диоксидом азота, выделяющегося при травлении меди и ее сплавов: абсорбционный способ очистки с использованием специально разработанной барботажной колонны и подавление образования оксидов азота непосредственно в травильной ванне путем добавления в нее специальных реагентов (персульфатов).

Опробован на практике анаэробный метод очистки бытовых стоков. Результаты экспериментальных исследований использованы для проектирования натурного реактора восходящего потока с активным илом (РВП-АИ).

Разработанные технические решения были опробованы в производственных условиях, где показали высокую эффективность и запатентованы. Их можно использовать в качестве эффективных экозащитных процессов и аппаратов, позволяющих создать малоотходные машиностроительные технологии.

Наше исследование позволило ответить лишь на некоторые вопросы, возникающие при разработке, совершенствовании и оценки эффективных экозащитных процессов, применяемых в промышленности.

В дальнейшем предложенные в данной работе теоретические подходы рекомендуется проверить при разработке различных малоотходных технологий, а также эффективных экозащитных процессов.

Библиография Диссертация по биологии, доктора химических наук, Кривошеин, Дмитрий Александрович, Москва

1. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь - справочник. - М.: Мысль, 1990.-637 С.

2. Реймерс Н.Ф. Экология. М.: Россия молодая, 1994. - 432 С.

3. Реввель П., Реввель И. Среда нашего обитания. М.: Мир, 1994. - 608 С.

4. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. Учебное пособие для системы повышения квалификации и переподготовка государственных служащих. Под общей редакцией проф. Данилова Данильяна В.И. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 744 С.

5. Делятицкий С., Заонц И., Чертков Л.В. и др. М.: Конкорд ЛТД - Экопром, 1993.-208 С.

6. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рендерс И. За пределами роста. Учебное пособие М.: Издательская группа "Прогресс"- "Пангея", 1994. - 30 С.

7. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Гл. ред. Молдавской энциклопедии, 1990. - 512 С.

8. Измалков В.П. Экологическая безопасность, методология прогнозирования антропогенных загрязнений и основы построения химического мониторинга окружающей среды. СПб.: НИЦ экологической безопасности, 1994. - 132 С.

9. Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды: Учебное пособие. -М.: Строй из дат, 1988. 191 С.

10. Бертокс П., Радд Д. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнений. М.: Мир, 1980. - 602 С.

11. Энциклопедический словарь справочник "Окружающая среда" Под редакцией Гончарова Е.М. - М.: Прогресс, 1993. - 574 С.

12. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. - 512 С.

13. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1973.-752 С.

14. Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: МГУ, 1994. - 237 С.

15. Исфорт Г. Производственные процессы и окружающая среда. М.: Прогресс, 1983. -272 С.

16. Лапин В.JI., Мартинсен А.Г., Попов В.М. Основы экологических знаний инженера. М.: Экология, 1996. - 176 С.

17. Балацкий О.Ф., Ермоленко Б.В., Журавский АЛО. и др. Безотходное производство: экономика, технология, управление. "Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов". М.: 1987. т. 17. - 184 С.

18. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. -М.: Химия, 1982.-288 С.

19. Калыгин В.Г., Попов Ю.П. Порошковые технологии: экологическая безопасность и ресурсосбережение. Учебное пособие. М.: МГАХМ, 1996. - 212 С.

20. Бондарева Т.И. Экология химических производств. М.: МИХМ, 1986. -92 С.

21. Кожемякин В.А., Зубченко Г.В., Митник В.Л. и др. Малоотходные процессы и охрана окружающей среды в металлургии редких металлов. М.: Металлургия, 1991. - 160 С.

22. ГОСТ 17.0.0.04 90. Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения.

23. Очистка производственных сточных вод. Учебное пособие для вузов. Под ред. C.B. Яковлева. М.: Стройиздат, 1985. - 335 С.

24. Калицун В.И. Водоотводящие системы и сооружения. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1987. - 336 С.

25. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М.: Стройиздат, 1989. -272 С.

26. Временные методические указания по определению соответствия процессов и производств химической промышленности требованиям мало- и безотходной технологии. ВСН 57-84. М.: Минхимпром, 1985. - 47 С.

27. ГОСТ 17.1.3.13-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхности вод.

28. ГОСТ 17.2.1.01-76. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями.

29. ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природы. Земля. Общие требования к рекультивации земель.

30. ГОСТ 24525.4-80. Управление охраной окружающей среды. Основные положения. >

31. Белов C.B., Барабанов Ф.А., Козьяков А.Ф. и др. Охрана окружающей среды. Под ред. C.B. Белова. М.: Высшая школа, 1991. - 319 С.

32. Кривошеин Д.А., Муравей Л.А., Роева Н.И. и др. Экология и безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие для вузов. Под ред. Л.А. Муравья. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 447 С.

33. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие для вузов / Под ред. Л.А. Муравья. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 431 С.

34. Кривошеин Д.А., Кукин П.П., Лапин В.Л. и др. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2003.-344 С.

35. Кедров B.C., Пальгунов П.П., Сомов М.П. Водоснабжение и канализация. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1984. - 288 С.

36. Яковлев C.B. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: Стройиздат, 1996.-436 С.

37. Канализация. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.03-85 М.: Стройиздат, 1986.л

38. Бретшнайдер С., Кавецкий В., Лейко Я. и др. Общие основы химической технологии Л.: Химия, 1977. - 504 С.

39. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю. Системный анализ процессов химической технологии. М.: Наука, 1985. - 440 С.

40. Романенко В.И., Орлов А.Г., Никитина Г.В. Книга для начинающего исследователя химика. Л.: Химия, 1987. - 280 С.

41. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1962. - 656 С.

42. Перри Дж. Г. Справочник инженера-химика. JL: Химия, 1969. т.1. - 649 С.

43. Набойченко С.С., Юнь A.A. Расчеты гидрометаллургических процессов. -М.: МИСиС, 1995.-428 С.

44. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Наука, 1976. - 223 С.

45. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 207 С.

46. Адлер Ю.П., Маркова Е.В, Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 С.

47. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989. - 224 С.

48. Кутырин И.М. Охрана водных объектов от загрязнения (Шаги ускорения). JL: Гидрометеоиздат, 1988. - 40 С.

49. Соловьева Н.Д., Савельева Е.А. Экологические проблемы гальванических производств. Саратов: Изд - во СГТУ, 1997. - 48 С.

50. Колесников В.А., Шалыт Е.А. Комплекс технологий электрохимической водоочистки с регенерацией ценных компонентов в гальваническом производстве / Гальванотехника и обработка поверхности. 1992, т. 1. № 1-2, - 87 С.

51. Маренчев A.B., Анурин Е.Ф., Пичугин Ю.А. Бессточная технология взамен очистных сооружений / Гальванотехника и обработка поверхности. -1992, т. 1,№ 1-2, с. 96-98.

52. Булатов М.А., Бондарева Т.Н., Кутепов А.М. Химические производства с замкнутым водооборотным циклом. М.: МИХМ, 1991. - 80 С.

53. Запольский А.К., Образцов В.В. Комплексная очистка сточных вод гальванического производства. К.: Техника, 1989. - 300 С.

54. Гальванические процессы. Каталог ИХХТ АН JTCCP Вильнюс: 1983. -64 С.

55. Патент Японии № 54-11879, 1979.

56. Казарян Т.С., Гайнуллин А.Д., Шевченко А.И. и др. Мембранная технология в решении экологических проблем газовой промышленности М.: Недра, 1997.-227 С.

57. Свитцов А.А., Абылгазиев Т.Ж., Акобян А.А. и др. Мембранная техника в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. М.: ВНТИЦентр, 1991. -111 С.

58. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986.-272 С.

59. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. М.: Химия, 1995. - 608 С.

60. Авторское свидетельство СССР № 558970, 1977.

61. Меретуков М.А. Процессы жидкостной экстракции в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1985. - 222 С.

62. Ритчи Г., Эшбрук А. Экстракция. Принципы и применение в металлургии. М.: Металлургия, 1983. - 407 С.

63. Рымбетова А.У. Экстракция хрома (VI) солями четвертичных аммониевых оснований в технологии неорганических соединений хрома, очистке сточных и подземных вод. М.: МХТИ, 1987. - 16 С.

64. Тихонов К.И., Бодягина М.М. Очистка технологических растворов гальванических производств от ионов тяжелых металлов. JL: ЛДНТП, 1990. - 26 С.

65. Sitting М. Pollutant Removal HandB00k London: Park Ridge, 1973. P. 116- 135.

66. Schwald A., Wright C. Prod. Finish 1982, 35, № 5. P. 23-26.

67. Sludge management: Proc. of the IAWPRC Conf. on sludge management, held at Lojola Maiymount Univ. Los Angeles, Calif. USA, 8-12 an. 1990/Ed. W. F. Garber a. D.R. Anderson. Oxford etc.: Pergamon Press, 1990. - P. 346.

68. Wastewater reclamation and reuse: Proc. of the Intern. Symp. On wastewater reclamation a reuse held in Castell Platja d'Aro, Costa Bravo, Spain, 24-26 Sept. 1991/Ed. R. Mujeriego a. T. Asano. Oxford etc.: Pergamon Press, 1991. № 12, 364 p.

69. Фримантл M. Химия в действии. M.: Мир, 1991. ч.1. - 528 С.

70. Полинг JI. Общая химия. М.: Мир, 1976. - 846 С.

71. Уорк К., Уонер С. Загрязнение воздуха. Источники и контроль. М.: Мир, 1989. - 539 С.

72. Бретшнайдер Б., Курфюст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль. JL: Химия, 1989. - 288 С.

73. Кузнецов В.А., Тарасова Н.П. Химия атмосферы. М.: Изд-во МХТИ, 1987.-64 С.

74. Патент Японии № 61-435, кл. C23F 1/18, 1986.

75. Патент ФРГ № 3623504 Al, кл. C23F 1/18, 1987.

76. Патент ФРГ № 3624667 Al, кл. C23F 1/18, 1987.

77. Справочник по современным технологиям очистки природных и сточных вод и оборудованию. Под ред. О.К. Нильсена, В.Ф. Карпухина. М.: Изд-во Минприроды РФ, 2001. - 256 С.

78. Гюнтер Л.И., Голбдфарб А.А. Метатенки. -М.: Стройиздат, 1991. 126 С.

79. Жуховицкий А.А, Шварцман Л.А. Физическая химия. М.: Металлургия, 1968.-520 С.

80. Риман В., Уолтон Г. Ионообменная хромотография в аналитической химии. М.: Мир, 1973. - 376 С.

81. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1983. - 344 С.

82. Справочник химика. Под редакцией В.П. Никольского. М.-Л.: Химия, 1964. т.З. - 1008 С.

83. Хабаши Ф. Основы прикладной металлургии. Теоретические основы М.: Металлургия, 1974. т.1. - 232 С.

84. Капиллярная химия: Перевод с японского / Под ред. К. Тамару. М.: Мир, 1983.-272 С.

85. Первозванский A.A. Поиск. М.: Наука, 1970. - 264 С.

86. Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии -К.: Высшая школа, 1973. 280 С.

87. Бронштейн H.H., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов 13-е издание, исправленное. - М.: Наука, 1986. - 544 С.

88. Одум Ю. Экология. В 2-х томах. М.: Мир, 1986. - 328 С.

89. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах -М.: Мир, 1979.-512 С.

90. Еремин E.H. Основы химической термодинамики. Учебное пособие для университетов. М.: Высшая школа, 1978. - 391 С.

91. Хейвуд Р. Термодинамика равновесных процессов. М.: Мир, 1983. -503 С.

92. Эткинс П. Физическая химия. М.: Мир, 1980. т.1. - 584 С.

93. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии: В 2-х томах -М.: Мир, 1982. 1272 С.

94. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. М.: Металлургия, 1989.-503 С.

95. Пономарева К.С. Сборник задач по физической химии. М.: Металлург-издат, 1962. - 232 С.

96. Киреев В.А. Курс физической химии М.: Химия, 1975. - 776 С.

97. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. М.: Химия, 1970. -608 С.

98. Бушуев В.В., Голубев B.C. Основы эргодинамики. М.: ООО «ИАЦ Энергия», 2002. - 228 С.

99. Дуров В.А., Агеев Е.П. Термодинамическая теория растворов. Учебное пособие М.: Едиториал УРСС, 2003. - 248 С.

100. Пашков А.Б., Замбровская Е.В., Медведев H.H. Ионообменная очистка сточных вод гальванических и металлургических производств Пластмассы, №5, 1975. с. 55-56.

101. Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская Н.Л. Методы исследования ионитов. М.: Химия, 1976. - 208 С.

102. Кострикин Ю.М., Мещерский H.A., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. Справочник -М.: Энергоиздат, 1990. 254 С.

103. Гельферих Ф. Иониты. М.: Издатинлит, 1962. - 490 С.

104. ГОСТ 20255-74. Методы определения динамической обменной емкости.

105. Белевцев А.И., Субботин В.А., Александрова Т.Н. Извлечение шестивалентного хрома из сточных вод анионитом АН-251 Сб. трудов ВНИИ ВО-ДГЕО-М.: 1984. с. 52-56.

106. Судариков Б.Н, Раков Э.Г. Процессы и аппараты урановых производств- М.: Машиностроение, 1968. 381 С.

107. Ямпольский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника.- Л.: Машиностроение, 1981. 269 С. *

108. Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Вып. 1. Приложение к журналу "Гальванотехника и обработка поверхности"- М.: Машиностроение, 1994. 190 С.

109. Авторское свидетельство СССР №806109, кл. В 01J 47/04, 1981.

110. Куролап Н.С., Измайлова Д.Р. Ионообменный метод очистки хромсо-держащих промстоков и отработанных электролитов гальванических цехов -Сб. "Теория и практика сорбционных процессов", Вып. 12 Воронеж: Изд-во1. ВГУ, 1978. с. 103 108.

111. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. М.: ЮНИТИ, 1990. - 320 С.

112. Ямпольский A.M. Травление металлов. М.: Металлургия, 1980. - 248 С.

113. Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов Л.: Машиностроение, 1983. - 144 С.

114. Метрологическое обеспечение безопасности труда. Справочник под редакцией И.Х. Сологяна. Измеряемые параметры химических, биологическихи опасных психофизиологических и вредных производственных факторов. -М.: Изд-во стандартов, 1989. т.2. 256 С.

115. Быховская М.С. Методы определения вредных веществ в воздухе. М.: Химия, 1966.-440 С.

116. Витенберг Ю.Р. Шероховатость поверхности и методы ее оценки JL: Судостроение, 1971. - 304 С.

117. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов экспериментов. М.: Изд-во МГУ, 1977. - 112 С.

118. Хиль Касанова Марко. Эколого-химические аспекты анаэробной очистки бытовых сточных вод и обработки их осадков. М.: РУДН, 2004.

119. Adrian D.D., Sanders G. Oxygen sag equation for half order BOD kinetics // J. Envirom. Sys, 1992. Vol. 22. P. 341 345.

120. Akaike A. An information criterion // Math. Sci., 1976. Vol. 14. P. 5-9.

121. Thomas H.A. Graphical determination of BOD curve constants // Water Sewage Works, 1980. Vol. 97. P. 123.

122. Marquardt D. An algorithm for least-squares estimation of non-linear parameters // SI AM J. Math. Appl., 1963. Vol. 11. P. 431.

123. Maoyu Yang. An autocatalytic model for the kinetics of BOD test // Water Res., 1990. Vol. 24. P. 1091 1095.

124. Planta Experimental de Tratamiento de Aguas VCV. Caracterization de las Aguas Residuales Domesticas en Zonas de Venezuela — Resultades Parciales, Publicación PETA 83-3, 3 Congreso Venezolano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Naiguta, 1983.

125. Boone D.R. et al // Appl. Environ. Microbiol., 1980. Vol. 40. P. 629 632.

126. Field J. Parámetros Operativos del Manto de Lodos Anaerobicos de Flujo As-cedente con Manto de Lodo -UASB Manuel del Curso / Santiago de Cali,1987.

127. Gaceta Oficial de la República de Venezuela № 5021 Extraordinario. Normal Para la Calidad de los Cuerpos de Aguas y Vértigos o Efluentes Líquidos. Decreto 883, 18.12.1995.

128. Planta Experimental de Aguas VSV. Características Hidráulicas de las Aguas Residuales Domesticas I. Sector VD 5, Caricuo - Caracas. 4 Congreso de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. 1985.

129. Lettinga G., Man A., Van der Last et al / Anaerobic Treatment of Domestics Sewage and Wastewater// Wat. Sci. Tech., 1993. Vol. 27. № 9. P. 67 -73.

130. Field J., Alvarez R., Lettinga G. «Ensayos Ahaerobios». Publication Universidad de Valladolid, 1988. P. 52 67.

131. Field J. «Medición de Parámetros». Arranque y Operation de Siste3mas de Flujo Ascendente con Manto de Lodo UASB-Manual del Curso. Santiago de Cali, 1987.

132. Wildschut L. «Operación y Manenimiento de una Planta UASB Para Aguas Residuales Domesticas». Arranque y Operación de Flugo Ascendente con Manto de Lodo. Manual Del Curso / Santiago de Cali, 1987. p. J1 J17.

133. Noyola A. Reactores Anaerobios Avanzados. Actas del Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. AIDIS Lima, Perú, 1998.

134. Conzales R. Aplicación de un Sistema Anaerobio Para el Tratamiento de Efluentes Provenientes de una Producción de Etanol. 4 Simposio Internacional Sobre Control de Polucion de Aguas por Procesos Biologicos. Valencia Venezuela, 1998.

135. Hidrocapital. Reactor anaerobic de Flugo Ascendente Manzanares, Caracas. Ingeniería Basica. Informe № Dl-IB-98-001, 1998.

136. Jurgensen D. Aplicación de la Tecnología Anaerobia Para Tratamiento de Alcantarillado Utilizando los Reactores Anaerobios de Flujo Ascendente Contra Manto de Lodo / SANEPAR (Brazil), 1998.

137. Souza M.E. Criteria for Utilization, Design and Operation of UASB Reactors // Wat. Sci. Tech, 1986. Vol. 18. № 12. P. 56 59.

138. Government Strategies and Policies for Cleaner Production. Paris: UNEP, Industry and Environment Program Activity Center. 1994.

139. Материалы Международной конференции по охране окружающей среды. София. 1995.

140. Практическое руководство для программ более чистого производства в Центральной и Восточной Европе. Париж: Организация экономического сотрудничества и развития (OECD). 1997.

141. Тимонина И.Л. Японская модель экономики «замкнутого цикла»: Экологическая политика Японии. / Тимонина И.Л. // Японский опыт для российских реформ. М.: 2002. Вып. 2. с.5-16.

142. Nedenes О. Best practice guide for CP in Central / Eastern Europe / Paris: OECD. 1995.

143. Титенберг Т. Экономика природопользования и охрана окружающей среды. М.: Олма - Пресс, 2001. - 591С.

144. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л.: 1985. - 528 С.

145. Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов. под ред. Ю.А. Бирмана и Н.Г. Вурдовой. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2002.

146. Homer G. D, Duffey J. G. Electrochemical removal of heavy metals from wastewatel // 70th AES Annu Techn Conf / Proc, Indianopohs, Ind, 1983 Wmtei Park. Fla, 1983.5/1-5/11.

147. A. c. 739007, СССР МКИ C02C 5/12 Способ очистки сточных вод от хрома / В. В. Вершинина.

148. А.с. 905203, СССР МКИ C02F 1/45 Способ обработки сточных вод. содержащих шестивалентный хром. Ризо Е.Г., Герасимов Г.И.

149. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии. М.: Мир, 1982. Т.1.-620 С.

150. Меньшутина Н.В., Гончарова C.B., Колесников C.B. Информационная система «WAAM» для решения экологических проблем в области очистки сточных вод. Прикладное программное обеспечение. М.: Изд-во РХТУ, 2002. с. 22-28.

151. Гребешок В.Д., Соболевская Т.Т., Махно А.Г. Состояние и перспективы развития методов очистки сточных вод гальванических производств // Химия и технология воды. 1989. Т. 11. № 5. с. 407 421.

152. Дытнерский Ю.И., Кочаров Р.Г., Мосешвили Г.А., Терпугов Г.В. Очистка сточных вод и обработка водных растворов с помощью динамических мембран // Химическая промышленность. 1975. № 7. с 503 -507.

153. Сандуляк A.B. Магнитно-фильтрационная очистка жидкостей и газов. -М.: Химия, 1988.-256 С.

154. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп. Справочник / Под общей редакцией В.А. Филова. JL: Химия, 1988.-512 С.

155. Справочник по современным технологиям очистки природных и сточных вод и оборудования. Под ред. В.Ф. Карпухина и А.Ф. Порядина. М.: Минприроды РФ, 2001. - 254 С.

156. Справочник химика. М.: Изд-во ГХИ, 1963. т.З. - 311 С.

157. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах: Справочник. Л.: Химия, 1979. - 160 С.

158. Грушко Я.М. Ядовитые металлы и их неорганические соединения в промышленных сточных водах. М.: Медицина, 1972. - 174С.

159. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л.: Химия, 1985. - 528 С.

160. Химия. Справочное руководство. Под ред. Ф.Г. Гаврюченкова. Л.: Химия, 1975.-576 С.

161. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов У-УШ групп. Справочник / Под общей редакцией В.А.Филова. Л.: Химия, 1989.-592 С.

162. Петру А. Промышленные сточные воды. М.: Металлургия, 1965. - 336 С.

163. Бейгельдруд Г.М., Макаренко С.Н. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов. М.: Металлургия, 1999. с. 7 - 19.

164. Справочник по гальваническим покрытиям в машиностроении. М.: Машиностроение, 1991.-384 С.

165. Гребешок В.Д., Соболевская Т.Т., Махно А.Г. Состояние и перспективы развития методов очистки сточных вод гальванических производств // Химия и технология воды. 1989. Т. 11, № 5. - с. 407-421.

166. Природоохранные аспекты металлургического производства (технический обзор). Программа ООП по окружающей среде. 1987. - 89 С.

167. Степанов С.К., Кичигин В.И., Белявина Е.Г. Реагентная очистка хромсо-держащих стоков // Перспективные методы очистки природных и промышленных вод. Куйбышев: Изд-во КГУ, 1985. с. 105-114.

168. A.c. 882951, СССР, МКИ C02F 1/70. Способ очистки сточных вод от соединений хрома / B.C. Галахов, Э.П. Агасян, В.А. Комаров, В.А. Ушков, Б.Б. Блинов.

169. Громова Е.В., Печерский М.М. Сравнительный анализ методов обезвреживания сточных вод, содержащих хром Cr(VI) // Материалы семинара «Экологические проблемы в гальваническом производстве» М.: 1992. с. 8084.

170. Доскина Э.П., Мягкая Т.М., Староватых А.И. Применение ионообменных волокон для очистки хромсодержащих сточных вод // Перспективные методы очистки природных и сточных вод Куйбышев: Изд — во КГУ, 1981. -с. 69-73.

171. Назарян М.М., Ефимов В.Т. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков. Харьков: Выща шк., 1983. - 232 С.

172. Пушкарев В.В., Трофимов Д.И. Физико-химические особенности очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. М.: Химия, 1975. -145 С.

173. Homer G.D., Duffey J.G. Electrochemical removal of heavy metals from wastewatel // 70th AES Annu Techn Conf / Proc, Indianopohs, Ind, 1983. Wmtei Park. Fla, 1983 5/1-5/11.

174. Харитонов И.В. Очистка хромсодержащих сточных вод в электрокоагуляторах с засыпными анодами из отходов металлообработки // Физико-химическая очистка промышленных сточных вод. — М.: 1982. — с. 30-32.

175. А. с. 726231, СССР МКИ С02С 5/12 Способ очистки сточных вод от хрома / В.В. Вершинина.

176. Назарян М.М., Кульский JI.A., Бунин Н.И. Очистка сточных вод гальванических производств // Водоснабжение и сантехника 1986. № 9. с. 20-21.

177. А. с. 565889, СССР МКИ С02С 5/12 Устройство для очистки сточных вод от шестивалентного хрома / Филипчук B.JI., Рогов В.М., Мацнев А.И.

178. A.c. 905203, СССР МКИ C02F 1/45 Способ обработки сточных вод, содержащих шестивалентный хром. Ризо Е.Г., Герасимов Г.И.

179. Никитина O.A., Торопов Б.А. Регенерация хромсодержащих вод в гальванотехнике // Энергосберегающая и малоотходная технология в гальваническом производстве. Материалы семинара. JL: 1988. с. 37 - 40.

180. Торопов Б.А, Никитина O.A., Ротинян A.JI. Регенерация хромсодержащих сточных вод в импульсном режиме // Прогрессивные технологические процессы электроосаждения цинка и его сплавов из нецианистых электролитов. Куйбышев": Изд-во КГУ, 1989. с. 58-60.

181. Golub D., Oren Y. Removal of chromium from aqua solutions by treatment with porous carbon electrodes electrochemical principles // J Apply Electro hem -1989.-Vol. 19. №3. P. 311-316.

182. Сидь Я.В., Ревуцкий А.И. Электрокоагуляционный метод обезвреживания хромсодержащих сточных вод // Строительные и дорожные машины. -1985. №4. с. 7-8.

183. Назарян М.М., Кульский JI.A. Очистка сточных вод гальванических производств // Водоснабжение и санитарная техника. 1986. № 9. с. 20 - 21.

184. Рогов В.М., Швецова T.JL, Филипчук B.JI. Электрохимическая очистка хромсодержащих сточных вод // Химия и технология воды. 1985. Т. 7, № 1. -с. 43-45.

185. Семенов В.И., Дмитриев В.Д. Проблема депассивации электродов при электрохимической обработке воды // Сооружения по очистке природных и сточных вод. Л.: ЛИСИ, 1977. с. 57-63.

186. Иваницкая Т.М., Демидова О.В, Поздеева Н.И., Ездакова A.B. Исследование процесса ионообменного извлечения хрома (VI) из сточных вод // Химия и технология воды (Труды УНИХИМ Вып 60) - Свердловск: 1985. с. 24-28.

187. Ширшина Л.Г., Шварц З.А, Тауберт Д.К. Проблема очистки сточных вод от хрома//Жур прикладной химии. 1986. - 1 58, с. 1734-1739.

188. Дытнерский Ю.И., Комаров Р.Г., Мосешвили Г.А., Терпугов Г.В. Очистка сточных вод и обработка водных растворов с помощью динамических мембран //Химическая промышленность. -1975. № 7. с. 503-507.

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

190. Кастальский A.A. Проектирование установок для химического обессо-ливания воды. М.: Госстрой из дат, 1964. - 212 С.

191. Дасоян М.Н. Технология электрохимических покрытий. — JL: Машиностроение, 1989.-391 С.

192. Меныиутина Н.В., Гончарова C.B., Колесников C.B. Информационная система «WAAM» для решения экологических проблем в области очистки сточных вод. Прикладное программное обеспечение. М.: Изд-во РХТУ, 2002.- 120 С.

193. Удаление металлов из сточных вод. Под ред. Дж. К. Кушни. М.: Металлургия, 1989. - 356 С.

194. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1992. — 348 С.

195. Тимофеева С.С. Современное состояние технологии регенерации и утилизации металлов сточных вод гальванических производств // Химия и технология воды, 1990. Т. 12, № 3. с. 20-24.

196. Материалы Международной конференции и выставки "Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности", 4-8 июня 2001 г., Москва.

197. Лобанов С.А. Практические советы гальванику. Л.: Машиностроение, 1983.-232 С.

198. СанПин №4630-88. Охрана поверхностных вод от загрязнения сточными водами. -М.: Минздрав СССР, 1988.

199. Методические основы оценки и регламентирование антропогенного влияния на качество поверхностных вод / Под ред. A.B. Караушева. -J1.¡Химия, 1987.-56 С.

200. Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды / JI.A. Куль-ский, И.Т. Гороновский, A.M. Когановский и др. Киев: Наук, думка, 1980. -644 С.

201. Гибкие автоматизированные гальванические линии / Справочник под ред. B.JI. Зубченко. М.: Машиностроение, 1989. - 312 С.

202. Рузин Л.И., Шилин А.И. Безотходные процессы в гальванотехнике. Журнал ВХО. 1988. т. 33. № 2. с. 192-199.

203. Згурский В.А. Оптимизация потребления и очистки воды в гальванических цехах. Киев: Изд-во "Техника", 1974. - 360 С.

204. Калиновский Е.А., Саранин О.Л. Безотходные технологии очистки сточных вод.1. Очистка гальванических стоков / Экотехнология и ресурсосбережение. 1999 г. № 1. с. 48-53.

205. Нещадин C.B., Кривошеин Д.А., Исаев К.В. Автоматизация контроля качества очистки сточных вод гальванических производств // Актуальные проблемы экологии и природопользования: Сб. науч. трудов. М.: Изд-во РУДН, 2004. Вып. 5, ч. 1. с. 148 - 150.

206. Жарков Ф.П., Каратаев В.Е., Никифоров В.Ф. и др. Использование виртуальных инструментов Lab View. M.: Радио и связь, 1999. - 268 С.

207. Охрана труда в машиностроении / Е.Я. Юдин, C.B. Белов и др. М.: Машиностроение, 1983. - 480 С.

208. Бек Р.Ю. «Воздействие гальванических производств на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба» Новосибирск: ГПНТБ СО АН СССР, 1991.-88 С.

209. Зубарева Г.И. «Очистка сточных вод гальванического производства от ионов тяжелых металлов» Пермь: Изд-во ПГТУ, 2001. - 68 С.

210. Рекус И.Г., Шорина О.С. «Основы экологии и рационального природопользования» М.: Изд-во МГУП, 2001. - 146 С.

211. Рябчиков А.К. «Экономика природопользования» М.: Изд-во. «Элит», 2002. - 192 С.

212. Кривошеин Д.А., Шорина О.С. «Анализ, обезвреживание и регенерация хрома и свинца из промстоков гальванических ванн // Технология полиграфии: физико-химические проблемы» Межведомственный сборник научных трудов - М.: Изд-во «Мир книги», 1998. с. 84-89.

213. Ковенский И.М., Поветкин В.В. «Металловедение покрытий». М.: «СП Интермет Инжиниринг», 1999. - 296 С.225. «Некоторые вопросы токсичности ионов металлов». Под ред. X. Зигеля, А. Зигель, М.: Изд-во «Мир», 1993.-264 С.

214. Алешин B.C. «Технология очистки сточных вод гальванических производств» Ростов-на-Дону: «Ростовский государственный строительный университет», 2001. - 99 С.

215. Виноградов С.С., Виноградов С.Н. «Водное хозяйство гальванического производства». Учебное пособие. Пенза: Изд-во ПГУ, 1998.-144 С.

216. Grieves, R.B., Conger W.L. The Treatment of Low-Quality Water Supplies: Batch and Continuous Foam Separation. American Institute of Chemical Engineers, 64th National Meeting, March 16-20, 1969.

217. Найденко В.В., Губанов JI.H. «Очистка и утилизация промстоков гальванических цехов» Н. Новгород: «Деком», 1999. - 368 С.

218. Виноградов С.С. «Оборудование и организация гальванических производств». Учебное пособие-М.: РХТУ, 2001.-168 С.

219. Евилевич А.Е., Евилевич М.А. «Утилизация осадков сточных вод». JL: Стройиздат, 1988.-248 С.

220. Сенявин Н.Н., Рубинштейн P.M., Комарова И.В. Теоретические основы деминерализации пресных вод. М.: Наука, 1975. - 326 С.

221. Алешин B.C., Компанийцева Т.С. «Очистка сточных вод гальванического производства // Информационный сборник» М.: Минводстрой СССР, 1990.- 18 С.

222. Волоцков Ф.П. Очистка и использование сточных вод гальванических производств. М.: Химия, 1983. —340 С.

223. Костюк В.Н. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий. -Л.: Химия, 1990.-256 С.

224. Cooper Р.Е., Thomas E.V. Recent developments in sewage treatment based on physic-chemical methods.- Water Pollut. Contr. (Gr.Br.), 1974, № 5, p. 506516; Diss.ss/p.516-520.

225. Когановский A.M. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.: Химия, 1983. - 272 С.

226. Очистка промышленных сточных вод. Под ред. В.И. Кравеца. Киев: Техшка, 1974. 176 С.

227. Линецкая И.М. Утилизация отходов гальванического производства // Водоснабжение и санитарная техника — 1991. № 10. с. 12 18.

228. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. М.: Энергоатомиз-дат, 1984.-640 С.

229. Бейгельдруд Г.М. Создание оборотного цикла гальванических производств. М.: ОАО «НИИТЭХИМ», 1996. - 48 С.

230. Walker Т. The influence of surface active agents on the structure of water.- J. Colloid and Interface Sci., 1973, 45, № 2, p. 372-377.

231. Kirkwood J.G., Oppenheim I.F. Chemical Thermodinamics. McGrow-Hill, N.Y.: 1961. P. 442.

232. Harned H.S., Owen B. The Physical chemistry of Electrolytic Solutions. 3-rd ed., Reinhold, N.Y.: 1958. P. 368.

233. McCarty P.L. Anaerobic Digestion / Eds. D.E. et. al. Hughes. Amsterdam, N. Y.: Oxford: Elsevier Biomedical Press, 1982. P. 3-22.

234. Zeikus J.G. // Ann. Rev. Microbiol., 1980. Vol. 34. P. 423-464.

235. Boone D.R. et. al. // Appl. Environ. Microbiol., 1980. Vol. 40. P. 629-632.

236. Leisinger T. et. at. In: Genetics and Molecular Biology of Anaerobic Bacteria/-M.: Sebald, 1993. P. 1-12.

237. Cairo J. y París J. "Microbiología de la Digestión Anaerobia, Metanogénesis". Actas del Cuarto Seminario de Depuración Anaerobia de Aguas Residuales. Publicaciones Universidad de Valladolid. 1988. p. 41-45.

238. Lettinga G. et. at. // Biotech. Bioeng., 1980. Vol. 22. P. 699-734.

239. Micheletti P. A. et. at. //J. Bacteriol, 1991. Vol. 173. P. 3414-3418.

240. Hungate R.E. Methods in Microbiol. 1969. Vol. 3 B. P. 117-132.

241. Nagai S., Nishio N. In: Handbook of Heat and Mass Transfer, Vol. 3 Catalysis, Kinetics and Reactor Engineering / Ed. N. P. Cheremisionoff. 1986. P. 701752.

242. Vieira S. Aplication of the UASB Technology for Sewage Treatment in Small Comunity at Sumare, Sao Paulo State. Wat. Sci. Tech., 1994. Vol. 30. № 12. P. 203-210.

243. Lema J. y Méndez R. Diseño y Operación de Digestores Anaerobios Basados en Conceptos Cinéticos. Actas del Cuarto Seminario de Depuración Anaerobia de Aguas Residuales. Publicaciones Universidad de Valladolid, 1988. P. 21-23.

244. Hulshoff L. y Lettinga G. Diseño de Reactores UASB. Actas del Cuarto Seminario de Depuración Anaerobia de Aguas Residuales. Publicaciones Universidad de Valladolid, 1988, p. 191-207.

245. Vieira S., Garcia A. Sewage Treatment by UASB Reactor, Operation Results and Recomendations for Design and Utilization // Wat. Sci. Tech., 1992. Vol. 25. №7. P. 143-157.

246. Field J., Alvarez R. y Lettinga G. "Ensayos Anaerobios". Actas del Cuarto Seminario de Depuración Anaerobia de Aguas Residuales. Publicaciones Universidad de Valladolid, 1988, p. 52-67.

247. Field J. "Medición de Parámetros". Arranque y Operación de Sistemas de Flujo Ascendente con Manto de Lodo UASB, Manual del Curso". Santiago de Cali, 1987.

248. Wildschut L. "Operación y Mantenimiento de una Planta UASB para Aguas Residuales Domésticas". Arranque y Operación de Sistemas de Flujo Ascendente con Manto de Lodo. Manual del Curso. Santiago de Cali, 1987, p. J1-J17.

249. González R. Aplicación de un Sistema Anaerobio para el Tratamiento de Efluentes Provenientes de una Planta de Producción de Etanol. IV Simposio Internacional sobre Control de Polución de Aguas por Procesos Biológicos. ValenciaVenezuela, 1998.

250. Sawyer С., McCarty P., Parkin G.F. Chemistry for Environmental Engineering. -N.Y.: McGraw-Hill Inc., 1994.

251. Mcnerney M. J. et. al. // Appl. Environ. Microbiol. 1981. Vol. 41. P. 10291039.

252. Thauer R.K. et. al. // Bact. Rev., 1977. Vol. 41. P. 100-180.

253. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. -Washington: APHA-AWWA-WPCF, 1995.

254. Современные методы очистки сточных вод и обработки осадка. М.: МГП "Мосводоканал", 1996. - 248 С.

255. Brower A. Fundamentos Teoricos Sobre el Tratamiento Anaerobico de Efluentes. Cervecería Polar, c.a. Gerencia Nacional de Tratamiento de Aguas Industriales, 1998.

256. Palmer J.R., Reeve J.N. -In: Genetics and Molecular Biology of Anaerobic Bacteria/Ed. Sebald. M.: 1993. c. 13-35.

257. Iza J. Toxicidad en Procesos Anaerobios. Actas del Cuarto Simposio Internacional sobre Control de Polución de Aguas por Procesos Biológicos. Asociación Venezolana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental AVISA. 1998.

258. Vieira S., Souza M. Development of Technology for the Use of the UASB Reactor in Domestic Sewage Treatment // Wat. Sei. Tech., 1986. Vol. 18. № 12. P. 109-122.

259. Экология, охрана природы, экологическая безопасность / Под общей ред. А.Т. Никитина, С.А. Степанова. М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. -648 С.

260. Лукъянчиков H.H., Потравный И.М. Экономика и организация природопользования. М.: Тройка, 2000. - 232 С.

261. Быков A.A., Мурзин Н.В. Проблемы анализа безопасности человека, общества и природы. СПб.: Наука, 1997. - 247 С.

262. СанПиН 2.1.7.573-96 Минздрав России. М.: 1997.

263. Яковлев C.B., Демидов О.В. Современные решения по очистке природных и сточных вод / Экология и промышленность России, № 12, 1999. с. 12 -18.

264. Шифрин С.М. и др. Экономика водопроводно-канализационного строительства и хозяйства. М.: Стройиздат, 1989. -252 С.

265. Jeris J. S. // Wat. Sei. Technol. 1983, Vol. 15. P. 167-187.

266. Pohland F.G. et. al. // Environ. Lett. 1971. Vol. 1. P. 255-266.

267. Bowker R.P.G. // Environ. Progress. 1983. Vol. 2. P. 235-242.

268. Gernhardt P. et. al. //Mol. Gen. Genet. 1990. Vol. 221. P. 273-279.

269. Sandbeck К. A. et. al. //Appl. Environ. Microbiol. 1991.Vol.57.P.2762-2763.

270. Глазовская M.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988. - 256 С.

271. Водноресурсный потенциал. Под ред. A.M. Черняева. Екатеринбург: 2000.-420 С.

272. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984. 360 С.

273. Арустамов Э.А., Левакова И.В., Баркалова Н.В. Экологические основы природопользования. М.: Изд. дом «Дашков и К0», 2001. - 384 С.

274. Львовская К.Б., Ронкин Г.С. Окружающая среда, рынок и регион. М.: Наука, 1993.-312 С.

275. Wolfe R. S. // Trends in Biochem. Sci. 1985. Vol. 10. P. 396-399.

276. Медведев Г. П. Канализация городов. М.: Стройиздат, 1982. - 168 С.

277. Правила приема производственных сточных вод в Московскую городскую канализацию. М.: Мосгорисполком, 1992. - 3 С.

278. Shellinkhout A. Full-Scale Application of the UASB Technology for Sewage Treatment// Wat. Sci. Tech. 1993. Vol. 25. № 7. P. 159-166.

279. Thauter, R. K. et. at. // Ann. Rev. Microbiol. 1989. Vol. 43. P. 43-67.

280. Universidad Simón Bolívar. Instituto de Estudios Regionales y Urbanos IERU -USB. Plan sectorial de la Urbanización Manzanares. Marzo, 1998.

281. Standard method. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Baltimore, Maryland (USA), 1995.

282. Фримантл M. Химия в действии. M.: Мир, 1991. ч. 1. - 528 С.

283. Бабенков Е.Д. Очистка сточных вод. М.: Наука, 1977. - 364 С.

284. Бадман A.J1. и др. Вредные химические вещества. Д.: Химия, 1989. -127 С.

285. Экология Москвы: Решения, проблемы, перспективы / Под ред. Г.Н. Львова. М.: Изд-во Триада, Лтд, 1997. 480 С.

286. Серов Г.П. Экологический аудит. М.: Изд-во «Экзамен», 1999. - 448 С.

287. Примеры практического использования безразмерных критериев техногенного загрязнения

288. Кгх"=-^-( 1-я,) = 8-0,1 = 0,8. (п. 1.2)1 ПДК2 2 4 У

289. Из вышеизложенного следует, что только второе устройство может быть использовано для защиты окружающей среды, т.к. Кг"< 1. Альтернативный способ защиты должен быть сразу отбракован, и в дальнейшем не рассматриваться.

290. Рассмотрим далее, как влияет на поведение критерия А>, увеличение концентрации загрязняющего вещества в выбросах или сбросах, поступающих на очистку.

291. Предположим, что при использовании второго устройства концентрация загрязняющего вещества выросла в 10 раз и составила 80 ПДК2. Тогда значение для этого случая:1. Кг? = 80-0,1 =8. (п. 1.3)

292. В соответствии с требованием соблюдения норматива количества окружающей среды Кгх<1 в этом случае бракуется и второе экозащитное устройство из рассмотренного нами примера, так как Кг">1.

293. Для этого выразим 77 из выражения (2.40)для критерия Кгх:п=1.Кп.Ш. (п. 1.4)вхсоответствующей среде. Кгх это относительная концентрация токсичного вещества в окружающей среде после очистки. Как уже указывалось выше Кгх< 1.

294. Рис. п.1.1. Зависимость требуемой степени очистки выбросов или1. Свхсбросов /7 от-:пдк

295. Кгх =0; 2 - Кгх =0,2; 3 - Кгх =0,4; 4 - Кг, =0,6; 5 - Кгх =0,8; 6 - Кгх =1.

296. Решим теперь вторую задачу, т.е. сравним эффективность проведенных экозащитных мероприятий, основываясь на остаточном содержании токсичных веществ в окружающей среде.

297. Кг: = ~^-(\-т.Л = 5-(1-0.88) = 5-0.12 = 0.6, (п.1.5)

298. Кг: = (1 щ) = 7 • (1 - 0.9) = 7 • 0.1 = 0,7. (п. 1.6)2 ПДК2 2

299. Полученные данные свидетельствуют о том, что при использовании обоих очистных устройств нормативы качества окружающей среды достигаются, т.к. Кг; <1 и Кг" < 1.

300. Учитывая, что Кгх = , то концентрация загрязняющего вещества впервом случае составит 0,6 ПДКЬ а во втором 0,7 ПДК2.

301. Сравнить эффективность примененных экозащитных мероприятий можно, исходя из остаточной концентрации загрязняющего вещества в водной или воздушной среде.

302. В первом случае она составляет в относительных единицах 0,6 (Кг( =0,6), а во втором 0,7 (/¿>"=0,7). Вычислим отношение этих критериев:

303. Кг'/Кг; =0,7/0,б 17. (п. 1.7)

304. Покажем, как можно использовать критерий Кгх при расчете эффекта суммации в водной или воздушной среде.

305. Учитывая, что С,= СвЬ1Х предыдущее выражение можно записать в виде:1. А>„<1, (п. 1.9)1=1где: Кгп критерий Кг! для каждого загрязняющего вещества.

306. Кг2 > Кг2 ), которое показывает во сколько раз эффективность второго способа защиты окружающей среды меньше, чем у первого.

307. Рис. П. 1.2. (А, Б) Трехступенчатые технологические схемы очистки газопылевых смесей от свинцовой пыли: а) очистка от среднедисперсной пыли; б) очистка от мелкодисперсной пыли.

308. Рассчитаем Кг'2 и Кг" для соответствующих схем очистки. Для первой схемы:

309. Кг' = 4000 • (1 0,985)(1 - 0,6)(1 - 0,96). = 0,96 . (п. 1.10)1. Для второй схемы:

310. КгI = 4000 • (1 0,89)(1 - 0,5)(1 - 0,998). = 0,44. (п. 1.11)

311. Оценка эффективности очистки газовоздушной смеси от оксидов азота с помощью термодинамического критерия

312. Рассчитаем Ав для первого и второго случаев по формуле (2.78), предполагая, что при попадании в воздушную среду ГВС, концентрация диоксида азота в ней в первом случае повышается от ПДК до 4ПДК, а во втором случае от ПДК до 5ПДК.

313. Для первого случая изменение свободной энергии Гиббса равно:

314. ДС2°;8 = 2,ЗЯ Л = 2,3 * 8,314 * 298 * 1&4 = 569^42 * 0,602=343 = 3,43^^. (п .2.1)1. С, моль моль1. Для второго случая:2,3/?Л§—= 2,3*8,314*298* 1§5 = 569^42* 0,699=398320-^^- = 3,98^^. (п.2.2) С, моль моль

315. Д(3&8 = 2,ЗД Г1ёа /7) = 569^42* 1ёа - 0,9) = 569^42* 1ё(0,1) = -569842-^ « -5,70^^. (п.2.3 )моль моль1. Для второго способа:23^^-0,8)=569^2Ч§(1-0,8) = 569^2*1ё(0,2)=-398320^ «-3,98^-С. (п.2.4)моль моль

316. Составим отношение А(^2П9.8 = = 1,43 раза. Оно означает. Что с1. Ав°ш -3,98 гтермодинамической (энергетической) точки зрения эффективность первого способа очистки в 1,43 раза выше, чем у второго.

317. Стехиометрические расчеты реагентов, необходимых для реагентнойочистки хромсодержащих стоков

318. Восстановитель сульфит натрия.

319. Реакция восстановления в ионном виде:

320. Сг2072+3 8032"+8Н+—>2Сг3++3 8042"+4Н20. (п.3.1)

321. Реакция восстановления в молекулярном виде: Н2Сг207+ЗНа280з+ЗН2804^Сг2(804)з+ЗМа2804+4Н20. (п.3.2)1. Расчет:

322. МН2Сг207=2+2-52+16-7= 2+104+112=218 у.е. (буквой М обозначен молекулярная масса соответствующего соединения; у.е. — углеродные единицы).

323. Мма250з=2-23+32+48=126 у.е. ЗМКа250з=126-3=378 у.е.1. Составляем пропорцию:

324. Мн2СГ207 ЗМма2503 АЦ2Сг207 — Х{ N028035где: А и X. количество соответствующего элемента или соединения, участвующего в химической реакции, мас.ч.1. Или:218 у.е.-378 у.е.1. А1 Н2Сг207-Х1 Ка2503

325. Отсюда Х1=А1-378/218=1,73А1. (п.3.3)

326. У1=Аг 104/218=0,48 Аь (п.3.4)

327. Из равенства (п. 3.4) выразим1. А^/0,48. (п.3.5)

328. Подставляя выражение (п. 3.5) в выражение (п. 3.3), получим:

329. Х1=1,73-У1/0,48=3,6-У1. (п.3.6)

330. Таким образом, на восстановление 1 ч. (по массе) шестивалентного хрома требуется 3,6 ч. (по массе) бисульфита натрия, что совпадает с литературными данными 48.

331. Восстановитель бисульфит натрия. Реакция восстановления в ионном виде:

332. Сг2072"+ЗШ03" + 5Н4—» 2Сг3+ + 3ЭО/" + 4Н20, (п.3.7)или в молекулярном виде:2Н2Сг207+ бКаШОз + ЗН2804 2Сг2(804)3 + ЗКа2804 + 8Н20. (п.3.8) Расчет:

333. МЫанЗОз=23+1+32+48=104 у.е. ЗММаН8оз=104-3=312 у.е.1. Составляем пропорцию:

334. МН2СГ207— ЗМ^аНБОЗ А1 Н2Сг207 — Х2 ЫаНБОЗили:218 у.е.-312 у.е.1. А. Н2Сг207 ~ Хг^аНБОЗ1. Отсюда:

335. Х2=А1-312/218=1,43-А1. (п.3.9)

336. Х2=1,43-У1/0,48=2,98-У1~3,0-У1. (п.3.10)

337. Таким образом, на восстановление 1 ч. (по массе) Сг6+ требуется 3,0 ч. (по массе) бисульфита натрия.

338. Восстановитель тиосульфат натрия. Реакция восстановления в ионном виде:4Сг2072"+3 82032"+26Н+->8Сг3++68042"+ 1ЗН20. (п.3.11)

339. Реакция восстановления в молекулярном виде:4Н2Сг207+ЗКа28203+9Н2804—»4Сг2(804)з+ЗЫа2804+1ЗН20. (п.3.12) Расчет:

340. МЫа282оз=46+64+48=158 у.е.; 0,75МЫа282Оз=0,75-158=118,5 у.е. Составляем пропорцию:

341. МЦ2Сг207 — 0,75Мка282ОЗ А. Н2Сг207 " X з Иа28203лили:218 у.е. 118,5 у.е.1. А1 Н2Сг207 " Х3 Ыа282031. Отсюда:

342. Х3=Аг 118,5/218=0,54-А!. (п.3.13)

343. Содержание шестивалентного хрома в составе Н2Сг207 определяется выражением (п. 3.4), а величина А! формулой (п. 3.5). Подставляя ее в равенство (п.3.13), получаем:

344. Х3=0,54-У,/0,48-1,1-У,. (п.3.14)

345. Таким образом, на восстановление 1ч. (по массе) Сг6+ требуется 1,1 ч. (по массе) тиосульфата натрия.

346. Восстановитель — гипосульфит натрия. Реакция восстановления в ионном виде:

347. Сг2072"+82042"+6Н+—>2Сг3++28042"+ЗН20, (п.3.15)или в молекулярном виде:

348. Н2Сг207+На28204+2Н2804->Сг2(804)з+Ыа2804+ЗН20. (п.3.16)1. Расчет:

349. МНа25204=46+64+64=174 у.е.1. Составляем пропорцию:

350. МН2Сг207— М^8204 Ац12Сг207— N328204,или:218 у.е. 174 у.е.А! Н2Сг207 ~ Х4 №252041. Отсюда:

351. Х4=А,-174/218=0,80-Аь (п.3.17)

352. Содержание шестивалентного хрома в составе Н2Сг207 определяется выражением (п.3.4), величина А1 формулой (п.3.5). Подставляя ее в равенство (п.3.17), получаем:

353. Х4=0,80-У1/0,48«1,7-У1. (п.3.18)

354. Таким образом, на восстановление 1 ч. (по массе) Сг6+ требуется 1,7 ч. (по массе) гипосульфита натрия.

355. Сведем воедино полученные данные. Расход реагентов, кг/кг, требуемых для восстановления шестивалентного хрома следующий:2803 3,6, №Н80з - 3,0,2820З -1,1,1. Ыа28204- 1,7.

356. Проведем расчет необходимого количества железа, используемого для восстановления шестивалентного хрома. Для этого используются соединения двухвалентного железа и металлическое железо.

357. Восстановитель двухвалентное железо.

358. Основные реакции, протекающие при восстановлении шестивалентного хрома двухвалентным железом следующие:1. Первая реакция.1. В ионном виде:

359. Сг2072~+6Ре2++14Н+—>2Сг3++6Ре3++7Н20. (п.3.19) В молекулярном виде:

360. Н2Сг207+6Ре804+6Н2804^Сг2(804)з+ЗРе2(804)з+7Н20. (п.3.20)

361. Вторая реакция. В ионном виде:

362. Сг2072"+6Ре2++11Н+—>Ре(0Н)3>1+5Ре3++2Сг3++4Н20. (п.3.21) В молекулярном виде: 2Н2Сг207+12Ре804+9Н2804^2Ре(0Н)з1+5Ре2(804)з+2Сг2(804)з+8Н20.(п.3.22) Третья реакция. В ионном виде:

363. Сг2072'+6Ре2++8Н+—>2Ре(0Н)3^+4Ре3++2Сг3++Н20. (п.3.23) В молекулярном виде:

364. Н2Сг207+6Ре804+ЗН2804^2Ре(0Н)з^+2Ре2(804)з+Сг2(804)з+Н20. (п.3.24) Расчет для первой реакции:

365. МН2Сг207=218 у.е.; МРе504=5 6+3 2+64= 152 у.е.; 6МРе804= 152-6=912 у.е. Составляем пропорцию:

366. МН2Сг207- 6МРе504 218 у.е. 912 у.е.

367. А1 Н2Сг207 — Х5 ре504 ИЛИ А1 н2Сг207- Х5 Ре5041. Отсюда:

368. Х5 Ре504=А! -912/218=4,18-Аь (п.3.25)

369. Х5=4,18-У1/0,48=8,7-У!. (п.3.26)

370. Таким образом, на восстановление 1 ч. (по массе) шестивалентного хрома требуется 8,7 массовых частей сульфата двухвалентного железа.

371. Восстановитель металлическое железо.

372. Основная реакция, протекающая при восстановлении шестивалентного хрома следующая:1. В ионном виде:

373. Сг2072"+2Ре+14Н+—>2Сг3++2Ре3++7Н20. (п.3.27)1. В молекулярном виде:

374. Н2Сг207+2Ре+6Н2804->Сг2(804)з+Ре2(804)+7Н20. (п.3.28)1. Расчет.1. Составляем пропорцию:1. МН2Сг207 2МРе1. А. Н2Сг207 — ХбРс

375. Учитывая, что молекулярный вес железа составляет 56 у.е., можно записать:218 у.е, 112 у.е.1. А1 Н2Сг207 — Хб Ие1. Отсюда:

376. Хб=Аг 112/218=0,51 А,. (п.3.29)

377. Используя равенства (п.3.5) и (п.3.29), установим связь между Х6 и

378. Х6=0,51 • А1=0,51 У1/0,48= 1,06-^«1, (п.3.30)

379. Таким образом, на восстановление 1 ч. (по массе) шестивалентного хрома требуется 1,1ч. (по массе) металлического железа и 8,7 ч. (по массе) сульфата двухвалентного железа.

380. Х7=А1-107/218=0,49-А1и0,5 Аь (п.3.31)

381. Количество шестивалентного хрома Уь входящего в состав Н2Сг207 определяется из выражения (п.3.4), а величина А1 рассчитывается по формуле (п.3.5). Подставляя эту величину в выражение (п.3.29), имеем:

382. Х7=0,5-У1/0,48=1,04-У1«1,0 Уь (п.3.32)

383. Таким образом, в соответствии с реакцией (п.3.22) из одной массовой части шестивалентного хрома образуется 1 мае. часть Ре(ОН)3. По аналогии для реакции (п.3.24) имеем:

384. МН2Сг207 — 2Мре(0Н)3 А.Н2Сг207 — Х7 Ре(0Н)3?или:218 у.е.-214 у.е.1. А} Н2Сг207 — Х7 Ре(0Н)31. Отсюда:

385. Хт=Аг214/218=0,98 А^^О-Аь (п.3.33) Переходя к содержанию шестивалентного хрома, имеем:

386. Х7=А1=У1/0,48«2,0У1. (п.3.33) Из вышеизложенного следует, что в соответствии с реакцией (п.3.24)из одной массовой части шестивалентного хрома образуется 2,0 мае. части Ре(ОН)3.

387. Рассчитаем стехиометрическое количество щелочных реагентов (Са(ОН)2, ЫаОН), идущих на образование гидрооксида хрома. Реагент гидрооксид кальция. Реакция в молекулярной форме:

388. Сг2(Б 04)3+3 С а(ОН)2—>2Сг(ОН)34'+3 СаБ 04. (п.3.34) Молекулярные массы реагентов:

389. Mcr2(S04)3=104+28 8=3 92 y.e.; МСа(Он)2=40+34=74 y.e. Составляем пропорцию

390. MCr2(S04)3 ЗМСа(0Н)2 392 y.e. - 222 y.e.

391. A2 Cr2(S04)3 — Xg Ca(OH)2 ИЛИ A2 Cr2(S04)3 — X8 Ca(OH)21. Отсюда:

392. X8=A2Cr2(so4)3-222/392=0,56-A2^0,6-A2. (n.3.35)

393. Из последнего выражения следует, что 1 ч. (по массе) Cr2(S04)3 взаимодействует с 0,6 ч. (по массе) Са(ОН)2.

394. Определим содержание трехвалентного хрома в составе Cr2(S04)3. Для этого составим пропорцию:

395. MCr2(S04)3 2МСг3+ 392 у.е. - 222 у.е.

396. А2 Cr2(S04)3 — Y2 сг3+ ИЛИ А2 Cr2(S04)3 — Y2 сГ3+?где: Y2 количество трехвалентного хрома, участвующего в химической реакции, мае. ч. Отсюда:

397. Y2=A2-104/392=0,27-А2, (п.3.36)то есть:1. A2=Y2/0,27. (п.3.37)

398. Подставляя последнее выражение в уравнение (п.3.35), определим связь между Х8 и Y2:

399. X8=0,56-Y2/0,27=2,07-Y2«2,l-Y2. (п.3.38)

400. Из этого равенства следует, что на осаждение 1 ч. (по массе) трехвалентного хрома идет 2,1 ч. (по массе) гидрооксида кальция. Аналогично определяется количество гидроксида натрия, идущего на осаждение трехвалентного хрома.

401. Из расчетов следует, что 1 ч. (по массе) Cr2(S04)3 взаимодействует с 0,6 ч. (по массе) NaOH. Содержание трехвалентного хрома в составе Cr2(S04)3 определяется выражением (п.3.37). Следовательно, получаем:

402. Х9=0,61 • A2=Y2-0,61/0,27=2,27-Y2«2,3 Y2. (п.3.39)

403. Из последнего уравнения следует, что на осаждение 1 ч. (по массе) трехвалентного хрома идет 2,3 ч. (по массе) гидрооксида натрия.

404. Рассчитаем теперь количество образующегося осадка трехвалентного хрома. Как следует из уравнения (п.3.34) из одной молекулы сульфата хрома образуются две молекулы гидрооксида хрома с молекулярным весом 103 у.е.1. Составляем пропорцию:

405. МСг2(Ь04)з 2МСг(0Н)з 392 у.е. - 206 у.е.

406. Аг Сг2(504)3 — Х.0 Сг(ОН)3 ИЛИ А2 Сг2(804)3 — Х10 Сг(ОН)31. Отсюда:

407. Хю=А2-206/392=0,53-А2^0,5-А2. (н.3.40)

408. Таким образом, из 1 массовой части Сг2(804)3 образуется 0,5 ч. (по массе) Сг(ОН)3. Учитывая, что содержание трехвалентного хрома в составе Сг2(804)з определяется выражением (п.3.36), подставим его в выражение (п.3.40). Получаем:

409. Х1(р0,53-У2/0,27=1,96-У2«2,0-У2. (п.3.41)

410. Это означает, что при осаждении 1 массовой части трехвалентного хрома образуется 2 массовые части Сг(ОН)3.

411. Рассмотрим также реакцию восстановления шестивалентного хрома соединением двухвалентного железа до трехвалентного состояния с осаждением его гидрооксидом кальция 12.:

412. СЮз+ЗРе804+ЗСа(0Н)2+ЗН20->Сг(0Н)з^+ЗРе(0Н)з+ЗСа804. (п.3.42)

413. Определим количество реагентов, затрачиваемых на восстановление и осаждение шестивалентного хрома, а также количество образующихся осадков.

414. Рассчитаем количество затрачиваемых реагентов.

415. Сульфат двухвалентного железа: Мсюз=52+48=100 у.е.; МРе804=152 у.е.; ЗМРе8о4=3-152=456 у.е.1. Составляем пропорцию:

416. Мсюз ЗМРе804 1 00 у.е. - 456 у.е.

417. Аз СЮЗ — X п Ре804 ИЛИ А3 СЮЗ X п ре§04 •1. Отсюда:

418. Х11=А3-456/100=4,56-Аз«4,6-А3. (п.3.43)

419. Определим количество сульфата, идущего на восстановление 1 массовой части шестивалентного хрома. Составляем пропорцию: МСгоз-МСг6+ 100 у.е.- 52 у.е.

420. Аз егоз сг6+ или А3 сюз- Сг6+1. Отсюда:

421. У1=Аз-52/100=0,52-Аз. (п.3.44)

422. Из равенства (п.3.44) выразим А3:1. А3=У!/0,52. (п.3.45)

423. Подставляя выражение (п.3.45) в равенство (п.3.43), получим:

424. Х11=4,56-А3=У1-4,56/0,52=8,77-У1«8,8-У1. (п.3.46)

425. Из полученного выражения следует, что на восстановление 1 ч. (по массе) Сг6+ требуется 8,8 массовых частей сульфата двухвалентного железа. Гидрооксид кальция:

426. Мсюз=Ю0 у.е; МСа(он)2=74 у.е.; ЗМСа(он)2=74-3=222 у.е. Составляем пропорцию:1. МСгОЗ ~ ЗМса(ОН)1. Аз СгОЗ Х12 Са(ОН)2?или:100 у.е.-222 у.е.1. Аз СгОЗ — Х12 Са(ОН)21. Отсюда:

427. Х12=А3-222/100=2,22^2,2-А3. (п.3.47)

428. Из равенства (п.3.47) следует, что 1 массовая часть СЮ3 взаимодействует с 2,2 массовыми частями Са(ОН)2.

429. Определим количество гидрооксида кальция, взаимодействующего с 1 массовой частью шестивалентного хрома. Используя равенства (п.3.44) и (п.3.47) можем записать:

430. Х13=2,22-А3=У1-2,22/0,52=4,27-У1«4,3-У1. (п.3.48)

431. Из равенства (п.3.48) следует, что 1 мае. часть шестивалентного хрома взаимодействует с 4,3 мае. частями Са(ОН)2. Рассчитаем теперь количество образующихся осадков.1. Гидрооксид хрома.1. Составляем пропорцию:

432. Мсюз — Мсг(ОН)3 Аз сюз ~ Х.3 Сг(ОН)3

433. Учитывая, что МСгоз=100 у.е., а МСг(он)з=ЮЗ у.е. можем записать:100 у.е. 103 у.е.1. Аз СЮЗ Х13 Сг(0Н)3 •1. Отсюда:

434. Х13=А3-103/100=1,03-А3«1,0-А3. (п.3.49)

435. Из выражения (п.3.49) следует, что из 1 массовой части СЮз образуется 1,03 массовых частей Сг(ОН)3. Количество шестивалентного хрома в хромовом ангидриде выражается зависимостью (п.3.4). Используя выражения (п.3.4), (п.3.5) и (п.3.49), имеем:

436. Х13=1,03-А3=1,03-У1/0,52=1,98-У1«2,0-У1. (п.3.50)

437. Таким образом из одной массовой части шестивалентного хрома, участвующего в химической реакции (п.3.42) образуется две массовые части Сг(ОН)3.1. Гидрооксид железа.

438. Рассчитаем количество гидрооксида железа, образующегося по реакции (п.3.42).1. Составляем пропорцию:

439. Мре504 Мре(0Н)3 А4 реБ04 — Х14 реОН)3

440. Учитывая, что Мре(он)з~Ю7 у.е. можем записать:152 у.е. 107 у.е.1. А4 РеБОД — Х14 ре(ОН)31. Отсюда:

441. Х14=А4-107/152=0,70-А4. (п.3.51)

442. Определим теперь количество хромового ангидрида, реагирующего с двухвалентным железом.1. Составляем пропорцию:1. МсюЗ ~ ЗМРе5041. Аз СгОЗ — А4 Ре504

443. Подставляя молекулярные массы каждого из компонентов, получаем:100 у.е. 456 у.е.1. Аз СгОЗ А4 Ре5041. Отсюда:

444. А4=Аз-456/100=4,56-А3. (п.3.52)

445. Комбинируя уравнения (п.3.51) и (п.3.52), установим связь между Х14и А3:

446. Х14=0,70-А4=0,70-4,56-Аз=3,19-А3*в,2-А3. (п.3.53)

447. Х14=3,19-0,52-А3=1,66-У1«1,7-У1. (п.3.54)

448. Стехиометрический расчет количеств реагентов и образующихся осадков при использовании электрокоагуляционного метода

449. Рассчитаем количество Сг(ОН)3, образующегося при протекании реакции (3.15).1. Составляем пропорцию:1. МггПД2" " М,

450. СЮ4 " ^Сг(ОН)3 5 СЮ42 -Х11Сг(0н)351. ИЛИ116 у.е. 103 у.е.1. А5 СЮ42 " Хц Сг(ОН)3•1. Отсюда:

451. Х„=А5-103/116=0,89-А5~0,9-А5. (П.4. 1)

452. Определим количество Сг(ОН)3, образующегося из одной массовой части шестивалентного хрома. Для этого составим пропорцию:1. МСг042" мсг6+1. А5 СЮ42 " Сг6+,1. ИЛИ116 у.е. 52 у.е.

453. А5 СЮ42 " Сг6+. Из этой пропорции определим У!:5.52/116=0,45-А3. (п.4.2)

454. Выразим из последнего равенства А5:1. А3=У1/0,45. (п.4.3)

455. Подставим это выражение в равенство (п.4.1). Получаем:

456. Х11=0,89-А5=У1-0,89/0,45=1,98-У1«2,0-У1. (п.4.4)

457. Таким образом, из выражения (п.4.4) следует, что из одной массовой части шестивалентного хрома образуется две массовые части Сг(ОН)з.

458. Определим количество Ре(ОН)з, образующегося по реакции (3.15). Составляем пропорцию:1. МСг04 " ЗМре(ОН)31. А5 Сг042 " Х8 Ге(ОН)3?или116 у.е. 321 у.е.1. А5СЮ42 -Х8Ге(он)з1. Отсюда:

459. Х8=А5*321/116=2,77*А5^2,8*А5. (п.4.5)

460. Учитывая, что количество шестивалентного хрома в СЮ4 " дается выражением (п.4.3), подставляем его в предыдущее равенство и получаем:

461. Х8=2,77*А5=2,77/0,45^1=6,16*У1^6,2*У1. (п.4.6)

462. Из полученного равенства (п.4.6) следует, что из одной части шестивалентного хрома образуется 6,2 массовых частей Ре(ОН)3.

463. Х13=А5*270/116=2,33*А5«2,3*А5. (н.4.7)

464. Х13=2,33*А5=2,33/0,45*У1=5,18*У1«5,2*У1. (п.4.8)

465. Из последнего равенства следует, что для восстановления одной массовой части шестивалентного хрома требуется 5,2 массовых частей Ре(ОН)2.

466. Кроме того, рассчитаем количество осадка Сг(ОН)3, образующегося из одной массовой части шестивалентного хрома по электрохимической реакции (3.17). Составляем пропорцию:

467. МсЮ4 Мсг(ОН)3 А5СЮ4 -Хцсг(ОН)3-Учитывая, что МсГ042 ==И6 у.е., а МСг(он)з составляет 103 у.е., можем записать:116 у.е. 103 у.е.1. Отсюда:

468. Хп=А5* 103/116=0,89*А5«0,9*А5. (П.4.9)

469. Содержание шестивалентного хрома в анионе СЮ42" выражением (п.4.3). Подставляя его в выражение (п.4.9), получаем:

470. Хц=0,89*А5=0,89/0,45*А5=1,98*У1«2,0*У1. (п.4.10) Это означает, что из одной массовой части шестивалентного хрома образуется две массовые части Сг(ОН)з.

471. МРе804 МРе ^■4 Ре804 - У3 ре2+или:152 у.е. 56 у.е.1. А4 Ре804 — Уз •1. Отсюда:

472. Уз=А4*56/152=0,368*А4«0,37*А4. Аналогичный расчет для Ре(ОН)2 дает:п.4.11)М1. Ре(ОН)2 — Мре2+1. Аб Ре(0Н)2 Уз Ре90 у.е. 56 у.е.1. А61. Ре(0Н)2 — Уз Ре2+1. Отсюда:п.4.12)

473. У3=А6*56/90=0,622*А6«0,62*А6. Количество Бе , идущего на восстановление 1 массовой части шестивалентного хрома составит:8,7 мае. ч. Ре804*0,37=3,22 мае. ч. Ре2+п.4.13) (п.4.14)

474. Приведем методику расчета количества железа затрачиваемого при восстановлении шестивалентного хрома гальванокоагуляционном методе. Основной реакцией является реакция (п.3.19).

475. Х=А-336:216=1,5М. 2. Количество двухвалентного железа, идущего на восстановление 1 части (по массе) шестивалентного хрома определяется выражением (п.3.5). Подставляя его в последнее выражение, получаем:

476. Х=1,5-У:0,48=3,12У. На восстановление 1 части (по массе) шестивалентного хрома требуется 3,12 ч. (по массе) двухвалентного железа.

477. Расчет стандартных электродных потенциалов и констант равновесия реакций цементации

478. Ниже представлены уравнения окислительно-восстановительных реакций (ОВР), протекающих при цементации:

479. Ре + Си2+ Ре2+ + Си (п.5.1)

480. Ре + РЬ2+ Ре2+ + РЬ (п.5.2)

481. Схематически процессы (п.5.1-п.5.4) можно записать следующим образом:1. Ре 2е Ре2+1. М2+ + 2е ^ М°, (п.5.7)где: М2+ = Си2+, РЬ2+, 8п2+,№2+.

482. В процессе (п.5.6) металлическое железо восстанавливает шестивалентный хром до трехвалентного состояния:1. Ре°-Зе^Ре3+

483. Сг2072" + бе +14Н*-» 2Сг3++7Н20, (п.5.8) а в процессе (п.5.5) ион двухвалентного железа восстанавливает шестивалентный хром до трехвалентного состояния:1. Ре2+-е^Ре3+

484. Сг2072" + бе +14Н+ 2Сг3+ + 7Н20. (п.5.9)

485. Проанализируем реакцию (п.5.2), состоящую из двух полуреакций:

486. Ре — 2е = Ре2+ РЬ2+ + 2е = РЬ РЬ2+ + Ре = ¥е2^ + РЬ.

487. Рассчитаем стандартный электродный потенциал этой реакции: Е° = Е2° Е10 = -0,13 - (-0,44) = -0,13 + 0,44 = +0,31 В.

488. Положительная величина Е° свидетельствует о том, что реакция (п.5.2) будет протекать самопроизвольно в прямом направлении.

489. Изменение свободной энергии первой полуреакции составляет 84,92 кДж/моль. Для второй полуреакции эта величина составит: Авг0 = -2РЕ2° = -2-96,5'(-0,13) = 25,09 кДж/моль.

490. Величина ДО0 для реакции (п.5.2) составит:

491. Дв0 = А02° АО,0 - 25,09 - 84,92 = -59,83 кДж/моль.

492. Полученное отрицательное значение Ав0 свидетельствует о том, что реакция (2) самопроизвольно протекает слева направо.

493. Рассчитаем термодинамическим путем значение стандартного электродного потенциала для реакции (п.5.2):о Д С0 (-59,83) 59,83 л„,1. Е = --= -:'=—— = +0,31В.пР 96,5-2 193

494. Последнее значение Е°, полученное из термодинамических соображений, совпадает с рассмотренной ранее на основе стандартных электродных потенциалов аналогичной величиной. Это свидетельствует о правильности проведенных нами расчетов.

495. Для определения полноты протекания реакции (п.5.2) рассчитаем константу равновесия для стандартных условий по уравнению Нернста:2'°>31 1ЛС1еК„ =-!— = 10,5 ^ п8 р 0,059и1. Кр = 1011.

496. Проделаем далее аналогичные расчеты для реакции (п.5.3):

497. Бе 2е = ¥е2+ 8п2+ + 2е = 8п8п2+ + ре = 8п2+ + ре2+

498. Стандартный электродный потенциал реакции (п.5.3) равен: Е° = Е2° Е10 = -0,14 - (-0,44) = +0,30 В.

499. Положительная величина Е° свидетельствует о том, что реакция (п.5.3) будет протекать самопроизвольно в прямом направлении. Далее проверим величину Е° термодинамическим путем с использованием выражения (п.5.10).

500. Изменение свободной энергии для второй полуреакции составит: ДС2° = -2РЕ2 = -2-96,5-(-0,14) = 27,02 кДж/моль.

501. Величина АО0 для рассматриваемой реакции будет равна:

502. Ав0 = Ав20 Ав!0 = 27,02 - 84,92 = -57,90 кДж/моль.

503. Полученное отрицательное значение Ав0 свидетельствует о том, что реакция (П.5.3) самопроизвольно протекает слева направо.

504. Рассчитаем термодинамическим путем значение стандартного электродного потенциала для реакции (п.5.3):пР 96,5-2 193

505. Последнее Значение Е°, полученное из термодинамических соображений, совпадает с рассмотренной ранее на основе стандартных электродных потенциалов аналогичной величиной. Это свидетельствует о правильности проведенных нами расчетов.

506. Для определения полноты протекания реакции (п.5.3) рассчитаем константу равновесия для стандартных условий по уравнению Нернста:1еК =-= 10,2 и к = Ю108 р 0,059 р

507. Аналогичные расчеты проведем для реакции (п.5.4):

508. Ре — 2е = Ре2^ №2+ + 2е = № №2+ + Ре = Ре2+ + N1

509. Стандартный электродный потенциал реакции (п.5.4) равен: Е° = Е2° Е10 = -0,23 - (-0,44) = +0,21 В.

510. Положительная величина Е° свидетельствует о том, что реакция (п.5.4) будет протекать самопроизвольно в прямом направлении. Далее проверим величину Е° термодинамическим путем с использованием выражения (п.5.10).

511. Изменение свободной энергии для второй полуреакции составит: Двз0 = -2РЕ2 = -2-96,5-(-0,23) = 44,39 кДж/моль.

512. Величина ДО0 для реакции (П.5.4) составит:

513. Дв0 = Двз0 Дв!0 = 44,39 - 84,92 = -40,53 кДж/моль.

514. Полученное отрицательное значение ДО0 свидетельствует о том, что реакция (п.5.4) самопроизвольно протекает слева направо.

515. Рассчитаем термодинамическим путем значение стандартного электродного потенциала для реакции (п.5.4):

516. Ео = , (-40.53) = 40,53 гЯ 96,5-2 193

517. Последнее выражение, полученное из термодинамических соображений, совпадает с рассмотренной ранее на основе стандартных электродных потенциалов аналогичной величиной. Это свидетельствует о правильности проведенных нами расчетов.

518. В заключение рассчитаем константу равновесия для реакции (п.5.5). Она равна:2.0,21 ад»""и1. Кр= 107.

519. Рассчитаем стандартный электродный потенциал для реакции (п.5.5); она состоит из двух полуреакций:

520. Сг207 + 14Н"+ бе 2Сг3+ + 7Н20 Ре2+ — е = Ре3+. Расставляя стехиометрические коэффициенты, имеем:

521. Ре2+ + Сг2072" +14НГ1" = 6 Ре3+ + 2Сг3++ 7Н20. Рассчитаем стандартный электродный потенциал реакции:

522. Е° = Е2° Е10 = 0,771 - (-1,333) = 2,104 В. Положительное значение Е° свидетельствует о том, что реакция протекает слева направо.

523. Рассчитаем изменение свободной энергии для первой полуреакции:

524. Ав!0 = -бБЕ.0 = -6-96,5-(0,771) = -446,41 кДж/моль. Для второй:

525. Д02° = -2РЕ2° = -6-96,5-(-1,331) = 770,65 кДж/моль.

526. АОо рассматриваемой реакции составит:446,41 770,65 = -1217,06 кДж/моль,0= АО0 = 1211,05 = 1211,05 =209 гЯ 96,5-6 579пЕ° 6-2,091. ЬК =-=-'— = 212,5р 0,059 0,059и1. Кр=10212.

527. Стандартный электродный потенциал реакции (3.7) по литературным данным составляет 0,59 В. Величина Кр для этой реакции составит: 1§КР = 60 иКр= Ю60.

528. Расчет величин интенсивности очистки при использовании реагентного, электрокоагуляциоиного, гальванокоагуляционного и ионообменного методов

529. Реагентный метод. Данные для расчета:

530. Объемный расход хромсодержащих стоков, поступающих на очистку:2=3,5м3/ч=3,5/3600=0,00097 м3/ч. (п.6.1)

531. Время нахождения очищаемых стоков в реакторе 13, 48.:

532. Тр=22,5 мин=22,5*60=1350 с. (п.6.2)

533. Начальная концентрация шестивалентного хрома:1. Свх=30-52 мг/л. (п.6.3)

534. Конечная концентрация шестивалентного хрома на выходе из реактора после очистки (ПДК на шестивалентный хрома по органолептическому показателю вредности):1. Свых=0,1 мг/л. (п.6.4)л

535. Определим по этим данным рабочий объем реактора (Ур, м ). Для расчета используем формулу для реактора-вытеснителя 48.:1. Ур=дтр (п.6.5)вых

536. Определим Ур для двух значений начальной концентрации шестивалентного хрома:1. С'вх=30 мг/л, (п.6.6)и

537. С"вх=52 мг/л. (п.6.7) Рабочий объем реактора при С'вх=30 мг/л равен:

538. Ур=0,00097* 1350*1п30/0,1=1,31*5,70=7,46 м3«7,5 м3. (п.6.8) Аналогичная величина при С"вх=52 мг/л составит:

539. У"р=0,00097* 1350*1п52/0,1=1,31*1п520=1,31*6,25=8,19 м3^8,2 м3. (п.6.9)

540. Рассчитаем теперь интенсивность процесса очистки при С'вх=30 мг/л и С"вх=52 мг/л:1. Г = М = М = ,> (п 6 10)1. А* г V' *т 7,5 мърг = = = 31 мЦч = (п>6> 11}1. А*т Vя *т 8,2 м3

541. Таким образом, интенсивность очистки хромсодержащих стоков прииспользовании реагентного метода составит: 1=(0,'43^-0,46) ч"1.

542. Расчет интенсивности очистки при использовании электрокоагуляционного метода.

543. Объемный расход хромсодержащих стоков, поступающих на очистку, а также начальная и конечная концентрации Сг6+ те же, что и при использовании реагентного метода. Расчет ведем в соответствии со СНиП 2.04.03-85 38.

544. Отсюда величина тока для концентраций хрома в стоках 35 мг/л и 52 мг/л составит:1.cur=3,5*30*3,1=325,5 А, (п.6.13)1.cur=3,5*52*3,1=562,4 А. (п.6.14)

545. Общую поверхность анодов fpl, м , определяем по формуле:f^1—, (п.6.15)hn

546. Гсиг=562,4/150=3,7м2. (п.6.17)о

547. Рабочий объем электрокоагулятора \УСК, м , рассчитаем по формуле:1. К,- =/Р,*Ь, (п.6.18)где: Ь — расстояние между соседними электродами, м.

548. У'ек=2,2*7,5* 10"3=16,5* 10"3«0,017 м3 (п.6.19)ек=3,7*7,5*10"3=27,75*10"3«0,028 м3 (п.6.20)

549. Определяем интенсивность процесса электрокоагуляционной очистки:

550. Г = Л = М = мЧн = Шц.х (п 6 211. А* г IV' * х 0,017 мъ1. Г = М=М = = 1 , {1. А*т 0,028 мъ

551. Из этого следует, что интенсивность очистки хромсодержащих стоковпри использовании электрокоагуляционного метода равна: I = (125-^206) ч" .

552. Расчет интенсивности очистки при использовании ионообменного метода

553. И, аналогично, при \Уг=7,5 м/ч:82=3,5/7,5=0,47 м2. (п.6.25)

554. Затем определяем диаметр ионообменной колонны по формуле:7Гг125 = ^- = 0,785 М2. (п.6.26)1. Из последнего выражения:+ —, (п.6.27)1. V 0,785=71778 = 1,33,. (п.6.28)

555. Используя уравнение (п.6.27), определяем из него с!г и ё2:2 = = л/089 = 0,94,. (п.6.29)

556. Таким образом, для очистки хромсодержащих стоков ионообменнымметодом можно использовать компактные ионитные фильтры, занимающиеплощадь 0,78ч-1,54 м2.

557. Определим рабочие объемы этих фильтров:

558. У,=0,78*2,0=1,56 м3, (п.6.30)

559. У2=1,54*2,0=3,08 м3. (п.6.31)

560. Определим интенсивность процесса ионообменной очистки:т, М М 3,5 мъ 1ч . /

561. Г = -— = --= —— = 2,24ч , (п.6.32)1. А*т Ух*т 1,56 м114ч-1. (п.б.зз)1. А*т У2*т 3,08 мъ1. Или:1=( 1,14-г2,24) ч"1.

562. Расчет интенсивности гальванокоагуляционного метода.

563. Интенсивность гальванокоагуляционной очистки на установке ГКУ-20 составляет 2,68 ч"1.