Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Термодинамические основы эффективности экозащитных процессов очистки хромосодержащих промывных стоков

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Термодинамические основы эффективности экозащитных процессов очистки хромосодержащих промывных стоков"

На правах рукописи

Харламова Марианна Дмитриевна

Термодинамические основы эффективности экозащитных процессов очистки хромосодержаших промывных стоков

Специальность 03.00.16 — Экология (химические науки)

I

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

I

Москва - 2003

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

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

Зволинский В. П.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор доктор химических наук, профессор

Кривошеин Д.А.

Скурлатов Ю.И. Богдановский Г. А.

Ведущая организация -

Московский педагогический государственный университет

Защита состоится 25 декабря 2003 г. в 14 часов 00 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:

117302, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6

Автореферат разослан » ШыЯ^в 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор_№ jj_ Черных H.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. куб.м в год, а преобразованиям со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Вредные химические вещества попадают в водоемы, ухудшая их санитарное состояние и вызывая необходимость специальной глубокой очистки воды перед использованием се для хозяйственно-питьевых и некоторых промышленных целей. Основными источниками загрязнения окружающей среды в нашей стране являются черная и цветная металлургия, химическая, нефтехимическая, лесная и деревообрабатывающая промышленность, жилищно-коммунальное и сельское хозяйство, теплоэнергетика и транспорт.

Воздушные и водные сбросы машиностроительных предприятий, характеризующиеся умеренными объемами, тем не менее, имеют разнообразный химический и физический состав и агрегатное состояние, многокомпонентны и трудно утилизируются, что вызывает особые экологические проблемы. По отдельным загрязнителям, например по хрому(УТ), отечественное машиностроение занимает лидирующее положение. Многие примеси нельзя извлечь из воды механически, они не нейтрализуются при биологической очистке, не удаляются традиционными методами. Сложный, комплексный характер производств требует комплексного подхода к решению возникающих на них экологических задач -экологизации производства, т.е. внедрения новых малоотходных и безотходных технологий. Учитывая, что машиностроительные предприятия загрязняют окружающую среду сравнительно небольшими количествами вредных веществ, для их, улавливания не целесообразно использовать сложные и рассчитанные на значительные объемы экозащитные установки. Необходимо стремиться к использованию максимально компактных, простых, дешевых и высокоэффективных экозащитных процессов и аппаратов, локальных очистных установок, подавлению выделения вредных веществ в источнике их образования, созданию универсальных очистных сооружений для обезвреживания многокомпонентных выбросов.

Для выбора оптимальной технологической схемы экозащитного процесса необходим анализ химических, технологическ|р^^|Щ££вд^эдзд¿факторов. Для

библиотека |

¿Петербург ия^ } 09 МО^чпГи /- ? 3

такой оценки существующие показатели влияния промышленного производства на окружающую среду не являются достаточно информативными. Количественные безразмерные критерии должны обеспечивать возможность ранжирования различных экозащитных процессов и технологий по их эффективности.

Учитывая вышесказанное, актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью системного подхода к решению задач экологизации процессов и технологий в промышленности, в частности, процессов и технологий гальванических производств, для чего необходима разработка критериев и методологии комплексной оценки химических, технологических и экологических промышленных факторов.

Цель и задачи исследования. Цель работы - анализ основных химических, технологических и экологических факторов при разработке технологической схемы экозахцитного процесса очистки сточных вод гальванического производства с помощью безразмерных количественных критериев, проверка на практике эффективности предложенных критериев.

В данной работе нами были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть и проанализировать основные методы существующих экозащитных процессов очистки промышленных сточных вод, и, в частности, сточных вод гальванических производств, являющихся составной частью машиностроительной промышленности.

2. Исследовать особенности и основные факторы, характеризующие экозащитный производственный процесс (химический, технологический, экологический)

3. Проанализировать экологические особенности и сравнить эффективности применения трех основных методов очистки сточных вод (реагентного, электрокоатуляционного и ионообменного).

4. Сформулировать основные требования к критериям, применяемым для количественной оценки эффективности экозащитных процессов и технологий.

5. Выбрать и использовать термодинамические количественные критерии для экспресс-оценки эффективности сравниваемых методов.

6. Разработать конструкцию локальной очистной установки для обезвреживания хромсодержащих промывных стоков в соответствии с выбранным методом..

7. Провести экспериментальные исследования по определению оптимальных режимов очистки с использованием выбранного экозашитного метода. Определить его эффективность в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна работы. Впервые получены результаты комплексной качественной и количественной оценки экозашитных процессов с помошью универсального термодинамического критерия. На основании полученных результатов выбран оптимальный метод обработки сточных вод гальванического производства. Разработана и экспериментально опробована компактная установка для очистки хромосодержащих промывных стоков методом ионного обмена. Разработанное устройство обладает свойствами как сорбционного фильтра, так и ионообменной колонны, объединенных в одном корпусе, что позволяет значительно сократить число производственных операций и единиц оборудования и использовать регенерационные растворы в родственных технологических процессах (например, в травление, полировке и т.д.) В установке осуществляется одновременная очистка от органических примесей (масел, нефтепродуктов) и от трехвалентного и шестивалентного хрома. Разработанная установка пригодна для создания малоотходного гальванического производства, так как обеспечивает эффективную очистку промывных сточных вол (ниже уровня ПДК) и позволяет вернуть воду в производственный цикл.

Практическая значимость работы. Разработанные технические решения были опробованы в промышленных условиях гальванического цеха производственного комбината торгово-промышленной палаты РФ (г.Москва), где показали высокую эффективность. Их можно использовать в качестве эффективных экозашитных процессов и аппаратов, позволяющих осуществить малоотходную технологическую схему хромирования. Материалы исследований используются в

учебных курсах экологического факультета РУДН «Экологически чистые технологии» и «Экологически безопасные технологии».

Апробация результатов исследования. Основные положения и материалы докладывались на ежегодных Всероссийских конференциях «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (г. Москва 2002, 2003 г).

Положения, выносимые на защиту:

- сравнительная характеристика экозащитных процессов очистки хромосодержащих промывных стоков;

- методика расчета и применения термодинамического универсального критерия для оценки эффективности экозащитных процессов;

- методика создания локальной установки для очистки хромосодержащих промывных стоков.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследований являлись сточные промывные воды гальванического цеха производственного комбината ТПП РФ (г. Москва). Объемный расход хромосодержащих стоков не превышал 3,5 м'/ч, а концентрация шестивалентного хрома в них составляла 30*52 мг/л. Кроме того, в некоторых пробах был обнаружен трехвалентный хром в количестве I * 1,5 мг/л. Для проведения экспериментов использовали колонну из, нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,8 м, внутрь которой загружали слой анионита в БОд2" -форме высотой 2 м. В колонну через трубопровод, снабженный заслонкой, которая позволяла регулировать линейную скорость потока, подавали хромосодержащие стоки на очистку. В ходе эксперимента исследовали влияние следующих технологических параметров на процесс очистки: рН потока сточной воды, скорости ее пропускания через ионообменную колону и порозности слоя смолы в колонне. Порозность слоя

(Г - Г )

определяли по формуле: £ =-7-2—, где V - общий объем, занимаемый

смолой, У0 - объем, занимаемый самими частицами смолы.

Полнота процесса очистки и ее эффективность характеризовались остаточным содержанием хрома после очистки (в пересчете на СЮ?) и количеством воды,

возвращенной в технологический процесс через систему " оборотного водоснабжения (в процентах от первоначального объема стоков). Полученные данные приведены в табл. 1.

Таблица I

Результаты опробования ионообменной установки в производственных условиях

Основные технологические параметры процесса Содержание хрома в воде после очистки (в пересчете на СгОз), х 103, мг/л Кол-во возвращенной волы (в % от нач. объема)

рН Скорость пропускания воды, м/ч Порозность слоя смолы в колонне е Ь

3,9 4.0 8,0 8.1 3,90 0,12 1,60 0.10 0,13 1,80 89,9 95,5 96,5 90,3

6,0 0,20 0,25 7,50 7,55 0,12 0,42 0,13 0.11 3,70 88,7 97.3 95,1 87,0

6,0 3,90 0,07 0.08 3,40 9,00 86,0 98,5

6,0 3.9 0.16 0,17 8,00 4,40 99,1 89,3

Как видно из табл.1, остаточное Содержание хрома после очистки на несколько порядков ниже величины ПДК, а количество воды, возвращаемой в оборотную систему водоснабжения, превышает 90%. Оптимальные режимы процесса очистки, проведенного в промышленных условиях, следующие:

1. рН очищаемых стоков 4-^8 (по лабораторным данным рН=4-6)

2. Скорость пропускания очищаемых стоков через слой анионита. м/ч 0,25:7,5 (по лабораторным данным 2.5^-7.5)

3. Порозность слоя смолы в колонне 0.08 . 0.16.

Время действия защитного слоя ионита (время насыщения смолы) рассчитывалось следующим образом:

где: г - время действия ионита, ч; ар - равновесная концентрация сорбируемого вещества в ионите (в состоянии насыщения), г/дм3; линейная скорость подачи очищаемого раствора в колонну, м/ч; С„сч - исходная концентрация сорбируемого вещества в растворе, мг/л; Н - высота слоя ионита, м; С„р - концентрация вещества при проскоке (принимаем равной ПДКС/' ), мг/л; к( - коэффициент внешней диффузии, рассчитываемый по известному эмпирическому уравнению

к, —» в котором: О -коэффициент молекулярной диффузии (для

большинства водных солей Г>=3,6< }0~(\ м2/ч); XV -скорость пропускания стоков через колонну, м/ч; 6 - .диаметр гранулы анионита (<1=0,3 х10"'\ м). Тогда

(лг 1ч X м/ч)"

коэффициент к| имеет размерность:

Срок службы смолы в анионобменной колонне зависит от концентрации в стоках ионов хрома (VI) и скорости пропускания очищаемой воды. Результаты расчета приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты расчета срока службы смолы в анионобменной колонне

Концентрация Сг(У1) в стоках, мг/л Скорость пропускания стоков, м/ч Срок службы анионной колонны (ч)

Всего часов При 1-сменной работе(8ч) ПриЗ-сменной работе(24 ч)

30 2,5 7,5 3435 1977 429,4 247,1 143,1 82,4

52 2,5 7,5 1140 627 142,5 78,4 47,5 26,1

В условиях гальванического производства ТПП РФ был отработан процесс десорбции хрома(У1) нормальными растворами серной кислоты. При отработке процесса регенерации изучали влияние концентрации раствора серной кислоты на степень регенерации анионита. Степень регенерации (а,%) определяли по

формуле: а = где-восстановленная обменная емкость; <Э„-

полная обменная емкость. Результаты измерений в промышленных условиях представлены в табл. 3.

Таблица 3

Режимы регенерации анионита АВ-17-16, насыщенного Сг(У1)

Количественное Нормальная концентрация Степень

отношение H;SOj Н2ЭТ4 регенерации,

к кол-ву Cr(VI) на в регенерирующем р-ре %

аииоиите

0,1 91,3-91,7

420 1 0,2 98,0-98.8

5.0 98,8-99,7

5.1 98,7-99,7

280.1 89,7-90,2

290.1 2.6 98.4-99,1

550 1 99,3-99,8

560.1 2.6 99,4-99,8

Из табл. 3 следует, что, при регенерации анионита серной кислотой в производственных условиях, удается провести регенерацию анионита на 98.04-99,8%. При этом получают регенерационные растворы на основе серной кислоты, содержащие 1.8^3.4 г/л хрома(У1), что позволяет, после вакуумного концентрирования, использовать их для создания малоотходного процесса хромирования с замкнутой системой водоснабжения. Результаты исследований обрабатывалчсь с использованием математических и статистических методов и приемов. Для наглядности результатов были использованы матричные таблицы и схемы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Защита водной среды от воздействия гальванических производств.

Одним из главных источников загрязнения водной среды являются сточные воды гальванических цехов и участков. Состав сточных вод гальванического производства весьма разнообразен и зависит от видов покрытия и состава применяемых технологических растворов и электролитов. Его можно классифицировать в зависимости от концентрации растворенных веществ, от химического состава, от фазового состояния примесей в растворе и размеров частиц. Актуальной задачей является ра.фаботка и внедрение в производство малоотходных гальванических процессов. обеспечивающих возврат в технологический цикл ценных компонентов и испсяьзумпй воды.

Для очистки хромосодержаших промывных стоков на производстве традиционно используют химические (реагентный, основанный на применении химических реагентов) и физико-химические (электрокоагуляция, ионный обмен, обратный осмос, электродиализ, жидкостная экстракция и др.) методы. Реагентная очистка позволяет снизить содержание загрязняющих примесей до значения ПДК. Однако, большинство реагентных методов не отвечают современным научно-техническим и экологическим требованиям ( в первую очередь из-за образования большого количества осадков и шламов). Физико-химические методы позволяют осуществить высокую эффективность очистки (до значений ПДК и ниже) сточных вод и регенерацию ценных компонентов.

2. Основные факторы, характеризующие производственный процесс

(химические, технологические, экологические) Целью нашей работы являлось обобщение основных химических, технологических и экологических факторов, которые необходимо учитывать при создании оптимальной технологической схемы экозащитного процесса.

Таблица 4

Последовательность стадий разработки экозащитного процесса

№ п.п. Стадия процесса разработки

1 Определение характеристик сточных вод (концентрации примесей и качественный состав)

2 Установление тре<ч>ваний к выбросам после очистки

3 Анализ химических факторов на основе стехиометрических и термодинамических экспресс- расчетов. Анализ кинетики реакций

4 Анализ технологических и экологических факторов процесса (с учетом принципов организации безотходного производства)

5 Выбор метода очистки (см. табл 1 2 1 ; 1 2.2., 1.2 3 в диссертации)

6 Составление принципиальной технологической схемы процесса на основе материального и энергетического балансов

7 Исследования на пилотной установке с оценкой методов регулирования свойств осадка и регенерации электролита

8 Разработка альтернативных проектов для процесса с полной проектной мощностью

Сопоставление экономичности вариантов процесса

10 Выбор окончательного варианта

Для этого были проанализированы химические, технологические и экологические факторы, влияющие на производственный процесс, предложена последовательность стадий его разработки (см. табл. 4)

Химические факторы, влияющие на создания экозащитных процессов и технологий: определение состава, концентрации и количества (массового или объемного расхода) образующихся при промышленном производстве веществ, в первую очередь токсичных, входящих в состав газовых выбросов, водных сбросов, а также твердых отходов; установление последовательности физико-химических и химических превращений, обеспечивающих защиту окружающей среды, в том числе, и обезвреживание загрязняющих веществ с их последующей регенерацией и дальнейшим использованием.

Учитывая химические факторы при разработке технологической схемы экозащитного процесса, необходимо также помнить о некоторых особенностях:

1. Большинство химических реакций, лежащих в основе экозащитных процессов, являются гетерогенными. Реальные процессы очистки стоков обычно протекают в гетерогенных системах: твердое тело - жидкость; твердое тело -жидкость - газ; жидкость - жидкость (несмешивающиеся жидкости). Все гетерогенные процессы отличаются сложностью и многостадийностью. Как правило, гетерогенная химическая реакция состоит, по меньшей мере, из трех стадий, а суммарная скорость процесса определяется наиболее медленной стадией. Для эффективного проведения гетерогенных экозащитных процессов необходимо проводить их в таких условиях, чтобы исключить диффузионное торможение химических реакций (т.е. с использованием процессов перемешивания, прямотока, противотока)

2. Практически все экозащитные процессы, протекающие в промышленных аппаратах, являются неравновесными, что ограничивает применение термодинамических расчетов. Поэтому определение оптимальных технологических параметров эффективнее проводить опытным путем.

3. Многие токсичные вещества в промывных водах гальванических производств характеризуются малыми концентрациями. Следствием этого является малая скорость химических реакций и массопереноса с их участием в соответствии с кинетическим уравнением: У = кС", где V - скорость реакции; к - константа скорости реакции; С - концентрация реагентов: п - порядок реакции. Скорость электрохимической реакции подчиняется закономерностям гетерогенных

реакций и описывается уравнением: Г = ХкС'е "т, где Б -площадь поверхности раздела; к-константа скорости реакции; С' - концентрация (или активность) реагирующего вещества, непосредственно прилегающего к поверхности твердого тела; - энергия активации; К- универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура.

Технологические факторы, определяющие эффективность производственного экозащитного процесса - создание высокопроизводительных, эффективных, простых и экономически рентабельных экозащитных способов, устройств и технологий. При их разработке необходимо определить число, последовательность и вид составляющих единичных технологических элементов (т.е. типовых процессов) рассматриваемого экозащитного процесса, сочетание которых позволяет решить задачу оптимальной защиты окружающей среды. Основные типовые процессы химической технологии представлены в табл. 5.

Таблица 5

Важнейшие типовые технологические процессы очистки сточных вод

Методы обработки сточных вод

Механические Химические Физико- Физические Биохимические

химические

Отстаивание Окисление Коагуляция Магнитная Поля

Очистка в (хлорирование. Флокуляция обработка фильтрации

гидроциклона\ озонирование. Флотация Ультразву ковая Биологические

Просеивание парофазнос и Сорбция обработка пруды

Центрифугирование жидкофазное Ионообмсн Вибрация Аэротснки

Фильтрация окисление) Экстракция Электроимпульсная Биофильтры

Микрофильтрация Восстановление Дистилляция обработка Окислительные

Нейтрализация Электрокоагуляция Ионизнру ющее каналы

Реакция Вы мораживание облучение

осаждения Электродиализ

Комплсксо- Гиперфильтрация

образование

Необходимо заметить, что количество единичных элементов экозащитных процессов больше, чем химико-технологических.

При разработке технологической схемы экозащитного процесса, в первую очередь учитывают химические и экологические факторы, а затем схему

детализируют с . учетом технологических факторов. Для разработки технологической схемы экозащитного процесса необходимо учитывать пять технологических принципов: наилучшего использования разности потенциалов; наиболее полного использования сырья: наилучшего использования оборудования: рационального использования энергии; технологической соразмерности.

На практике указанные технологические принципы приходится упрощать из-за отсутствия надежных числовых характеристик и констант рассматриваемых процессов. Так принцин наилучшего использования разности потенциалов можно количественно оценить с помощью понятия интенсивности процесса или аппарата.

Под интенсивностью процесса понимают его результат (энергию или массу), отнесенный к единице времени и единице рабочей поверхности (или рабочего

объема) / = п = —, где п - число смен объема очищаемой жидкости в аппарате Ат А

=>/= — . Чем больше I, тем быстрее протекает соответствующий экозащитный г

процесс, т.е. интенсивность показывает, сколько раз в течение единицы времени меняется объем очищенной жидкости в аппарате. С другой стороны, / = А'Д. где К - кинетический коэффициент скорости процесса, Д- движущая сила процесса (разность потенциалов соответствующих процессов). Следовательно, чем выше движущая сила процесса или разность его потенциалов, тем больше величина интенсивности I.

Для обеспечения принципа наилучшего использования сырья в экозащитном процессе необходимо учитывать: количество используемого сырья (реагентов): степень регенерации используемых реагентов, веществ и материалов; использование побочных продуктов или отходов в самом процессе или смежных процессах.

Как в любом технологическом процессе, в экозащитном процессе используется принцип минимизации расходов энергии.

Для обеспечения принципа наилучшего использования оборудования необходимо:

использование технологических схем из наименьшего количества единиц оборудования (технологических единиц);

- применение компактных технологических схем, занимающих минимальные производственные площади;

- непрерывный режим работы оборудования.

Принцип технологической соразмерности используется в тех случаях, когда применение остальных четырех принципов приводит к противоречивым результатам.

Учет экологических факторов при выборе технологической схемы экозащитного процесса подразумевает:

- выбор эффективных методов и способов защиты окружающей среды (воздушной и волной сред, а также почвы), обеспечивающих снижение содержания загрязняющих веществ в выбросах, сбросах или отходах до безопасной (ГЩК) или нулевой концентрации;

- разработка новых экозащитных процессов, если существующие не обеспечивают нужный уровень защиты:

подавление выделения или замедление скорости образования вредных веществ в источнике их образования;

- анализ состояния окружающей среды до и после внедрения разработанных экозащитных процессов;

- создание экологически чистых (малоотходных) технологий и ресурсосберегающих производств.

Для экспресс-оценки пригодности того или иного экозащитного процесса для охраны окружающей среды, а также сравнения эффективности используемых процессов, в работе были использованы количественные критерии, рассматриваемые в п 3 автореферата (глава 2 диссертации).

4. Критерии, используемые для количественной оценки безотходности производства

Часто на практике отсутствуют исходные данные, необходимые для составления материальных балансов, позволяющие рассчитать экологичность

процесса, удельные нагрузки на площадь или объем окружающей среды, а также коэффициент безотходности. Определенную сложность представляет также расчет эффективности использования воды на промышленных предприятиях.

Для оценки влияния промышленного производства на окружающую среду можно использовать количественные безразмерные критерии аналогичные критериям подобия (Рейнольдса, Нуссельта, Прандтля), применяемые при физическом моделировании. Для расчета таких критериев должны использоваться основные нормативы качества окружающей среды и основные параметры эффективности экозащитного процесса.

Основные требования, предъявляемые к этим критериям:

1. Должны учитывать наличие химического, технологического и экологического факторов.

2. Математическая структура критериев должна быть простой; критерий должен быть определен количественно: для расчета должно использоваться минимальное количество исходных данных.

3. Критерии должны быть безразмерными и с удовлетворительной точностью количественно характеризовать загрязнение ОС за счет техногенных факторов.

Для оценки техногенного загрязнения окружающей среды при использовании одностадийной очистки введем Kri.- критерий техногенного загрязнения ОС.

Кг, = '" "'^уд- ^, где п - характеризует эффективность очистки, // = (* .

Критерий Kri учитывает влияние всех трех факторов: химического (через С„ч). технологического (через эффективность очистки rj ) и экологического (через ПДК). Он определен при всех значениях параметров, входящих в его состав, и является безразмерным. При заданном интервале варьирования параметров 0 < 100/7.7/Г и 0<7<1. величина рассматриваемого критерия лежит в пределах 0 -100. Наиболее благоприятный для окружающей среды случай (когда она не загрязняется) соответствует Кг|=0. Для случая многоступенчатой очистки введем

критерий Кт„: А>„ = ^" . |~[(1 - rjt). где /71 оценивает эффективность

Wik

многокомпонентной ОЧИС1 ки.

В итоге получен количественный критерий, характеризующий влияние химического, технологического и экологического факторов на состояние ОС при использовании многоступенчатой очистки. Норматив качества ОС соблюдается при Кгп <1. При бесконечном числе ступеней очистки критерий Кг„ (при любом значении »7, кроме 0) стремится к нулю. Это означает, что загрязнения ОС не происходит. Основное экозащитное требование Свых < ПДК выполняется при Кг„ < 1.

С помощью предложенных критериев в работе проанализированы эффективности различных методов очистки водных стоков гальванических производств.

4. Вывод и обоснование использования количественного универсального термодинамического критерия эффективности экозащитных процессов 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. Преимущество термодинамического критерия перед предложенными критериями Кг| и Кг„ заключается в его универсальности, т.к. он позволяет трактовать загрязнение ОС с энергетических позиций.

Обычно в качестве термодинамической характеристики экосистем выбирают энтропию. При выбросе загрязнений в ОС величина энтропии должна увеличиваться, т.е. при любом (неравновесном) процессе в рассматриваемых открытых неравновесных системах е/^' > 0. где (1,8 - производство энтропии внутри системы, обусловленное необратимыми процессами, такими как диффузия, теплопроводность и химическими реакциями. Баланс энтропии в открытых системах описывается уравнением Гиббса: 71й' = </(/ + /*/Г » где и -

внутренняя энергия системы; р - давление в системе; V - объем системы; ц -химический потенциал; ¡- индекс, обозначающий компонент смеси в системе; п - число молей ¡-того вещее пва в системе. Однако непосредственное вычисление величины ёБ затруднительно, поэтому целесообразнее оценить полезную работу \УВН, затрачиваемую на снижение концентрации загрязняющего вещества до ПДК. Тогда АО = или - АО = . Если система самопроизвольно совершает работу над

окружающей средой (ДО <0), то W„„ - положительна (самопроизвольный процесс с изменением концентрации примесей в ОС). Если над системой производится внешняя работа, то (ДО' >0), W„„ <0.

Установим связь между ДО и AS' при постоянных температуре и давлении: ? АО = АН-TAS, где АН- изменение энтальпии системы при переходе из

начального состояния в конечное; Т - температура системы; AS- изменение энтропии при переходе из начального состояния в конечное. Таким образом, энергия Гиббса и связанная с ней мера наибольшей полезной работы ( при T=const 1 и p=const, в равновесных условиях) была использована в качестве термодинамического критерия, характеризующего техногенное загрязнение ОС и требуемую эффективность экозащитных процессов. Для практического использования было выбрано уравнение, характеризующее изменение энергии

Гиббса: АО = /?7'1п^- = 2,3/?7"lg~-, где С„ и Ск - концентрации в начальном и конечном состоянии (т.е. до и после поступления примесей в ОС).

С

Условие эффективной очистки: СИ>ПДК> Ск, тогда Ск < С„ => ' =>

lgp5- < 0 и АО - отрицательна. Это означает, что система может производить

работу над внешней средой, т.е. WBH > 0 (самопроизвольный процесс). С экологической точки зрения это означает, что в случае смешения очищенных выбросов с неочищенными, концентрация вредного вещества в среде снижается .амолроизвольно.

Таким образом, величины АО и W„„ являются достаточно информативными при анализе техногенного загрязнения или при оценке эффективности экозащитных процессов и устройств и могут применяться для их характеристики. Хотя изменение энергии Гиббса для сточных вод. содержащих ионы тяжелых 4 металлов, будет отличаться oí величины ДО для идеального раствора, для промывных малоконцентрированных стоков ДО'г-1сч а АО ре,,^,,..(отличаются приблизительно на 1 %).

Для расчета эффективности работы очистных сооружений можно использовать термодинамический критерий г/, исходя из первоначального

уравнения = = ^ = Отсюда I-10"-,В7".

Кроме того, была также установлены зависимости изменения энтропии при очистке от величины г/, энергии Гиббса от коэффициента извлечения загрязняющего вещества <р (см. диссертацию, глава 11, п.2.4).

Величина АО может быть использована для сравнения эффективности очистки двух или нескольких конкурирующих способов. Таким образом, предложенные критерии (КГ|, Кг„, /7, АО) дают возможность количественно оценить состояние ОС и эффективность ее защиты с использованием энергетических характеристик, а также выбрать среди конкурирующих способов защиты наилучший.

5. Выбор эффективного метода очистки промывных хромосодержащих стоков на основании разработанных технологических принципов и количественных критериев

Наиболее распространенными методами очистки хромсодержащих промывных стоков на московских машиностроительных предприятиях являются реагентный, электрокоагуляционный и ионообменный методы. Оценка данных методов проводилась по химическим, технологическим и экологическим принципам, а также с использованием предложенных критериев.

Проведенные расчеты, анализ научно-технической литературы и экспериментальные исследования позволили охарактеризовать химические особенности всех трех методов очистки (см. таблицу 7), выявить их достоинства и недостатки. Для реагентного метода очистки были проведены стехиометрические расчеты необходимых и получающихся количеств сульфитных восстановителей, сульфата железа(И) Ре504 и металлического железа, регентов - осадителей

Са(ОНЬ, №ОН.

При анализе электрокоагуляционного метода были рассчитаны количества образующихся осадков Сг(ОН)34, Ре(ОН),-]- а также количество двухвалентного железа, идущего на восстановление шестивалентного хрома при электрохимической реакции.

В работе была исследована кинетика ионного обмена в статических условиях в зависимости от рН раствора; были сняты кинетические кривые сорбции

хрома(УТ) ионитом в статическом и динамическом режимах (при различных скоростях пропускания промывных вод в интервале от 1 до 50 мл/мин). Кроме того, в работе были рассчитаны величины динамической обменной емкости (ДОЕ) анионита.АВ-17-16 в ЗО/'-форме, детально исследован процесс десорбции хрома(У1) и регенерации обменных свойств анионита. В качестве элюата, помимо растворов серной кислоты, использовали рекомендуемые для анионита АВ-17-16 растворы гидроксида калия и хлорида натрия, а также растворы серной кислоты с добавками восстановите чя (гидроксиламин и гидразин) и комплексообразователя (триэтаноламин и тартрат калия-натрия.). Экспериментально был установлен оптимальный с технико-экономической точки зрения состав элюата: 50 г/л серной кислоты, 4 г/л гидроксиламина и Юг/л тартрата калия-натрия.

Для всех трех методов были исследованы (с учетом всех принципов организации безотходного производства) технологические и экологические факторы, влияющие на процесс очистки. В целом ранжирование проводилось по 15 качественным показателям процесса; по 7 показателям преимуществом обладает ионообменный метод. В результате был сделан вывод, что именно на основе этого метода возможно создание экологически чистого (малоотходного) гальванического производства.

С помощью разработанных критериев была проведена количественная оценка эффективности сравниваемых методов очистки. Были рассчитаны: критерий техногенного загрязнения КГ|. критерий эффективности V- энергия Гиббса АО"п и внешняя работа \\',„, для всех трех процессов (табл. 6)

Таблица 6

Сравнение эффективности применения конкурирующих методов

очистки

Критерии

Способ очистки п Кг, VI " вн

Дж/моль кДж/моль

Реагентный 0,9998 1,00 -21073 21,1

Электрокоагуляционный 0,9999 1,00 -17095 17,1

Ионообменный 0,9997 1,02 -19831 19,8

Таким образом, все три способа эквивалентны по эффективности, т.е. они взаимозаменяемы и конкурируют друг с другом. Исследования, проведенные при анализе ионообменного метода, были положены в основу создания локальной очистной установки.

6. Разработка конструкции локальной очистной установки для обезвреживания хромсодержащих промывных стоков

В основу разработки данной установки были положены следующие требования:

1. Компактность - общее число единиц оборудования должно быть меньше, чем у используемых на практике типовых ионообменных установок.

2. Одновременная очистка от органических примесей (масел, нефтепродуктов и др.), шламов и трех- и шестивалентного хрома до уровня ПДК и ниже.

3. Возможность регенерации насыщенного ионита непосредственно в условиях данного цеха или участка.

4. Использование воды в замкнутом цикле, т.е. пригодность для создания малоотходного гальванического процесса.

Разработанное на основе этих принципов устройство обладает свойствами, как сорбционного фильтра, так и ионообменной колонны, причем эти устройства объединены в одном корпусе. Для одновременной регенерации катионита и анионита использовали серную кислоту. Чтобы обеспечить одновременное насыщение слоев были проведены расчеты, позволяющие определять оптимальное соотношение высоты слоев анионита Н| и катионита Н2 по формуле:

а"„ (-к а' С ¡у С' IV ("

а, <-ю ар <1* <■ % с;

где ар - равновесная концентрация сорбируемого вещества в ионите: - линейная скорость подачи очищаемого раствора в колонну; Сисх - исходная концентрация сорбируемого вещества в растворе; С„р - концентрация вещества при проскоке; к| -коэффициент внешней диффузии. Разработанная локальная установка была испытана в промышленных условиях гальванического производства производственного комбината торгово-промышленной палаты РФ (г. Москва). Была проведена очистка хромосодержащих стоков, содержащих: 41 мг/л хрома(У1), 1,25 мг/л хрома(Ш) и 2,5 мг/л минеральных масел. При испытаниях использовалась

секционная ионообменная колонна с внутренним диаметром 1000 мм с вертикальным поглотителем на гибком каркасе. Скорость пропускания хромосодержащих стоков приблизительно составляла 2,5 м/ч. При проведении промышленных экспериментов было установлено, что ресурс работы анионита в локальной очистной установке выше, чем в промышленной установке за счет уменьшения загрязнения поверхности смолы минеральными маслами. Это достигается сорбцией данных загрязнителей углеродными сорбентами.

Практическая реализация результатов работы заключается в следующем:

1. Полученные данные, касающиеся разработки эффективной технологии очистки хромосодержащих стоков, позволили осуществить малоотходную технологическую схему хромирования в условиях производственного комбината ТП палаты РФ.

2. Сформулированные в работе требования, с учетом химических, технологических и экологических факторов, были использованы при разработке технологической схемы экозащитного процесса очистки хромосодержащих стоков.

3. Рассчитанные термодинамические и количественные безразмерные критерии позволили произвести предварительную экспресс-оценку эффективности экозащитного процесса.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Сформулированы требования, которые необходимо использовать при разработке технологической схемы экозащитного процесса с учетом химических, технологических и экологических факторов.

2. На основании классификации типовых технологических процессов, применяемых в промышленной экологии, предложена последовательность стадий разработки технологической малоотходной схемы хромирования.

3. Сформулированы основные требования к количественным критериям оценки эффективности экозащитных процессов и технологий. Введены два критерия Кг| и Кг„, учитывающие влияние химического, технологического и экологического факторов на ОС. проанализированы их свойства и даны рекомендации по их практическому применению.

4. Произведен выбор универсального термодинамического критерия (АО) оценки качества ОС и эффективности проводимых инженерных мероприятий, применяемых для ее защиты, разработана методика практического использования данного критерия.

5. Решена практическая задача выбора оптимального метода очистки хромосодержащих промывных стоков (выбран ионообменый способ).

6. Проведены экспериментальные исследования, позволившие определить оптимальные технологические параметры ионообменной очистки.

7. На основе проведенных теоретических оценок и экспериментальных исследований сконструирована локальная очистная установка, которая была опробована в производственных условиях и показала высокую эффективность. Ее использование позволяет создать малоотходную технологическую схему хромирования.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П...Термодинамическая оценка загрязнения окружающей среды и эффективности применения экозащитных мероприятий. // «Вестник РУДН». Сб. научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып.7. с 74-79

2. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Основные методы разработки новых экозащитных процессов и технологий.'/ «Вестник РУДН». Сб. научн. тр.. -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып.7„ с. 66-73

3. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П. Термодинамическая оценка эффективности работы очистных сооружений и устройств // «Вестник РУДН». Сб. научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып.7. с. 122-129

4. Харламова М.Д., Кривошеин Д. А., Зволинский В.П. Выбор эффективного метода очистки промывных хромсодержащих стоков гальванических производств // Актуальные проблемы экологии и природопользования, Сб.научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып. 3 ч.2, с. 235-238

5. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Анализ окислительно-восстановительных реакций, протекающих при травлении меди и ее сплавов в нитратных растворах, содержащих персульфаты // «Вестник РУДН». Сб. научн. тр.,-М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып.7, с. 175-180

6. Харламова М.Д., Кривошеин Д.А., Зволинский В. П. Выбор оптимальной технологической схемы экозашитного процесса очистки сточных вод гальванических производств.// Актуальные проблемы экологии и природопользования, Сб.научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып. 3 ч.2, с.239-248 г 7. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П.. Количественные критерии для оценки эффективности экозашитных процессов и технологий. //Актуальные ^ проблемы экологии и природопользования. Сб.научн. тр., -М.: Изд-во РУДН. 2003. Вып. 3 ч.2 , с.149-151

Харламова Марианна Дмитриевна (Россия) Термодинамические основы эффективности экозащитных процессов очистки хромосодержащих стоков

Учет химических, технологических и экологических факторов является необходимым условием при создании гехнологической схемы экозащитного процесса. В настоящей работе проведен анализ всех указанных факторов для процесса очистки промывных стоков гальванических производств (на примере двух промышленных предприятий г. Москвы) Предложена последовательность стадий разработки малоотходной технологической схемы. Для проведения экспресс-оценки экозащитного процесса разработаны критерии техногенной нагрузки при одноступенчатой и многоступенчатой очистке стоков, а также предложены универсальные термодинамические критерии, учитывающие энергетические факторы. На базе предложенных критериев с учетом указанных факторов проведен сравнительный анализ конкурирующих методов очистки хромосодержащих промывных стоков и выбран оптимальный - ионообменный метод. Разработана локальная ионообменная очистная установка, которая опробована в лабораторных и промышленных условиях .

Kharlamova Marianna (Russia) Thermodynamic bases of environmental protection processes efficiency of chromium sewage purification The account of chemical, technological and ecological factors is a necessary condition for the creation of low-waste technological circuit. In the present work the detailed analysis of all these factors for the process of galvanic manufactures chromium sewage purification was carried out (on an example of two Moscow industrial enterprises ). The stages sequence of low-waste technological circuit elaboration was offered. For the express - estimation of environmental protection process the criteria of technological -loading were developed for one-stage and multistage sewage purification, and also the universal thermodynamic criteria which are taking into account power factors were offered. On the basis of the offered criteria in view of the mentioned factors the comparative analysis of competing methods of chromium sewage purification was carried out and it was chosen optimum - ion-exchange method. The local ion-exchange plant was developed and tested in the laboratory and industrial conditions

Отпечатано в ООО <Юргсервис-2000»

Тираж /Ш экз. Заказ № /- лТ Москва, 115419, а/я 774, ул. Орджоникидзе, з'

--«9913 ,

2.005- А

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Харламова, Марианна Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

1.1. Проблема загрязнения водных ресурсов сточными водами промышленных предприятий.

1.1.1 .Источники и виды загрязнений гидросферы.

1.1.2. Классификация промышленных сточных вод.

1.1.3. Классификация химических загрязнителей промышленных стоков.

1.2. Современные методы очистки сточных вод.

1.2.1. Выбор методов извлечения химических веществ с учетом их фазового состояния.

1.2.2. Способы обработки сточных вод в зависимости от количества и состава загрязнений.

1.2.3. Классификация методов извлечения примесей по скорости протекания процессов.

1.3. Особенности организации малоотходных и безотходных производств.

1.3.1. Критерии безотходности и экологичности производства.

1.3.2. Принципы организации безотходных технологий.

1.3.3. Требования, предъявляемые к безотходному производству.

1.4. Использование сточных вод в оборотных и замкнутых системах водоснабжения.

1.5. Проблемы разработки экозащитных процессов и технологий.

1.5.1 Основные факторы, характеризующие производственный процесс.

1.5.2. Выбор технологической схемы экозащитного процесса.

1.6. Проблемы очистки сточных вод гальванических производств.

1.6.1. Характеристика стоков гальванических производств.

1.6.2. Способы очистки промывных и сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ КРИТЕРИЕВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКОЗАЩИТНЫХ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Задачи исследования.

2.2. Основные факторы, влияющие на выбор экозащитных процессов и технологий.

2.2.1. Химические факторы.

2.2.2. Технологические факторы.

2.2.3. Экологические факторы.

2.3. Разработка технологической схемы экозащитного процесса.

2.4. Количественные критерии оценки техногенного загрязнения окружающей среды.

2.5. Термодинамическая оценка эффективности экозащитных технологий.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНКУРИРУЮЩИХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ХРОМОСОДЕРЖАЩИХ ПРОМЫВНЫХ СТОКОВ.

3.1. Анализ химических особенностей методов очистки хромосодержащих промывных стоков.

3.1.1. Реагентный метод.

3.1.2. Электрокоагуляционный метод.

3.1.3. Ионообменный метод.

3.2. Разработка технологических принципов для конкурирующих методов очистки хромосодержащих промывных стоков.

3.3. Качественная оценка эффективности применения предложенных методов очистки сточных вод.

3.4. Использование количественных критериев для экспресс-оценки эффективности сравниваемых методов очистки.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНООБМЕННОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ ХРОМОСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ.

4.1. Адаптация метода в производственных условиях.

4.2. Разработка конструкции локальной очистной установки для обезвреживания хромосодержащих промывных стоков.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Термодинамические основы эффективности экозащитных процессов очистки хромосодержащих промывных стоков"

Вода - ценнейший природный ресурс. Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. куб.м в год, а преобразованиям со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Так, например, при получении ядерной энергии, в США вовлекается в использование почти половина всех водных ресурсов страны [5]. За время существования человечества в природную среду было введено около миллиона новых веществ (всего известно свыше 6 млн. химических соединений) [2]. Основными источниками загрязнения окружающей среды в нашей стране являются черная и цветная металлургия, химическая, нефтехимическая, лесная и деревообрабатывающая промышленность, жилищно-коммунальное и сельское хозяйство, теплоэнергетика и транспорт[3]. Вредные химические вещества попадают в водоемы, ухудшая их санитарное состояние и вызывая необходимость специальной глубокой очистки воды перед использованием ее для хозяйственно-питьевых и некоторых промышленных целей.

Машиностроительные предприятия не перерабатывают значительных количеств первичного сырья (руд, концентратов, нерудных ископаемых), как это имеет место в металлургической или химической промышленности, и не сжигают больших объемов топлива, подобно энергетике или автомобильному транспорту. Общая сумма выбросов этих предприятий в воздушную среду и водоемы не превышает 2,5% от общего количества загрязнений, выбрасываемых всеми отраслями народного хозяйства РФ. Однако, по отдельным загрязнителям, например по шестивалентному хрому, отечественное машиностроение занимает лидирующее положение [6 ]. Таким образом, воздушные и водные сбросы машиностроительных предприятий, характеризующиеся умеренными объемами, тем не менее, имеют разнообразный химический и физический состав и агрегатное состояние, многокомпонентны и трудно утилизируются, что вызывает особые экологические проблемы. Многие примеси нельзя извлечь из воды механически, они не нейтрализуются при биологической очистке, не удаляются такими традиционными методами как отстаивание, коагуляция и флотация. Это обуславливает введение в комплексную технологическую схему водоподготовки комбинированных методов: электрокоагуляции, совместного использования коагулянтов и флокулянтов, использование реагентного метода с применением физических воздействий на обрабатываемую воду, а также методов сорбционной доочистки. Сложный, комплексный характер этих производств требует комплексного подхода к решению возникающих на них экологических задач.

Учитывая, что машиностроительные предприятия загрязняют окружающую среду сравнительно небольшими количествами вредных веществ, для их улавливания не целесообразно использовать сложные и рассчитанные на значительные объемы экозащитные установки и процессы, как, например, это делается в металлургической промышленности. Необходимо стремиться к использованию максимально компактных, простых, дешевых и высокоэффективных экозащитных процессов и аппаратов, локальных очистных установок, подавлению выделения вредных веществ в источнике их образования, созданию универсальных очистных сооружений для обезвреживания многокомпонентных выбросов.

В связи со всем вышесказанным в данной работе нами были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть основные методы существующих экозащитных процессов очистки промышленных сточных вод, и, в частности, сточных вод гальванических производств, являющихся основной составной частью машиностроительной промышленности.

2. Рассмотреть особенности и основные факторы, характеризующие экозащитный производственный процесс (химический, технологический, экологический)

3. Проанализировать экологические особенности и сравнить эффективности применения трех сравниваемых методов очистки сточных вод (реагентного, электрокоагуляционного и ионообменного)

4. Выбрать и использовать термодинамические количественные критерии для экспресс-оценки эффективности сравниваемых методов

5. Разработать конструкцию локальной очистной установки для обезвреживания хромсодержащих промывных стоков.

Цель работы - анализ и обобщение основных химических, технологических и экологических подходов при создании новых и совершенствовании существующих экозащитных процессов очистки сточных вод гальванических производств, выбор критериев для оценки их эффективности.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Харламова, Марианна Дмитриевна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ различных классификаций типовых экозащитных процессов, установлена последовательность стадий разработки технологической малоотходной схемы хромирования. Оценены границы применимости наиболее широко используемых методов очистки хромосодержащих стоков: реагентного (Свх<500 мг/л); электрокоагуляционного (Свх<100 мг/л); ионообменного (Свх<300 мг/л).

2. Изучены химические, технологические и экологические факторы и сформулированы требования, определяющие выбор оптимальной схемы экозащитного процесса. Выявлены особенности протекания химических экозащитных процессов: гетерогенность большинства процессов и зависимость их от диффузионного торможения; неравновесность процессов и необходимость смещения химического равновесия; снижение скорости обезвреживания токсических веществ вследствие их малых концентраций.

3. Сформулированы основные требования к количественным критериям оценки эффективности экозащитных процессов и технологий: учет влияния всех факторов, математическая простота, безразмерность, минимальное количество исходных данных, удовлетворительная точность оценки воздействия процесса на ОС.

4. Для оценки загрязнения окружающей среды обосновано введение следующих критериев:

- при одностадийной очистке введен критерии: А>, = —^——, где г|

ПДК характеризует эффективность очистки;

С л

- при многостадийной очистке введен критерий, Кгп =——ПО-^,), где т||

ПДК ,=1 эффективность очистки на \ -ой ступени, а п- число ступеней очистки.

5. Предложен универсальный термодинамический критерий оценки качества окружающей среды и эффективности экозащитных процессов С

298 = — = 2,ЗЯТ\£(\ — т] ) ? где и сн концентрации в конечном н и начальном состояниях; разработана методика практического использования данного критерия.

6. Экспериментальные исследования позволили определить оптимальные технологические параметры ионообменной очистки: рН очищаемых стоков 4-8 ; скорость пропускания очищаемых стоков через слой анионита от 0.25-7,5 м/ ч; порозность слоя смолы в колонне 0,08 -0,16.

7. На основе теоретических и экспериментальных данных сконструирована локальная очистная установка, которая показала высокую эффективность в производственных условиях: возможность возврата в технологический цикл более 90 % воды и свыше 98 % соединений хрома; сокращение технологических единиц оборудования с13 до 7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

К числу теоретических результатов можно отнести сформулированные требования, которые следует использовать при разработке технологической схемы экозащитного процесса. К ним также относятся сформулированные химические, технологические и экологические факторы и особенности, влияющие на процесс. К этим результатам можно также отнести разработанные количественные критерии техногенного загрязнения окружающей среды и термодинамические критерии эффективности экозащитных процессов. Предложены методы количественной оценки технологического принципа наилучшего использования разницы потенциалов с применением понятия интенсивности процесса или аппарата, а также способ расчета высот слоев катеонита и анионита в локальной ионообменной колонне, при которых происходит одновременное насыщение слоев.

К результатам, имеющим практическое применение, относятся данные, касающиеся разработки эффективной технологии очистки хромосодержащих стоков и создание на ее основе локальной ионообменной установки, позволяющей осуществить малоотходную технологическую схему хромирования. Для решения этой задачи проведен комплекс экспериментальных исследований, направленных на изучение закономерностей ионообменной сорбции хрома (VI) и регенерации насыщенного анионита кислотными растворами. Разработанные технические решения были опробованы в производственных условиях, где показали высокую эффективность.

Проведенные исследования позволили ответить на ряд вопросов, возникающих при разработке, совершенствовании и оценке эффективных экозащитных процессов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Харламова, Марианна Дмитриевна, Москва

1.Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. -М.: Стройиздат, 1992 г.

2. Удаление металлов из сточных вод. Под. ред. Дж. К. Кушни, -М.: Металлургия, 1989 г.

3. Яковлев С.В. Очистка производственных сточных вод. -М.: Стройиздат, 1979 г.

4. Esber I. Shaneen Technology of Environmental Pollution Control, Second edition, HennWell Publishing Company, 1992

5. American Institute of Chemical Engineers. Industrial Process Design for Pollution Control. Vol. 1. New York: American Institute of Chemical Engineers Workshop, Feb. 9-10,1967.

6. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. Учебное пособие для системы повышения квалификации и переподготовка государственных служащих. Под ред. В.И.Данилова-Данильян.- М.: МНЭПУ, 1997г.

7. Clark, J. W., W. Viessman, Jr. and M.J. Hammer, Water Supply and Pollution Control. International Textbook Co., 1971.

8. Беспамятное Г.К., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. -JL: Химия, 1987 г.

9. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. -М.: Химия, 1984 г.

10. Health Education Service. Recommended Standards for Waterworks, rev. ed. Health Education Service, 1972.

11. Ласкорин Б.Н., Громов Б.В., Цыганков А.П., Сенин В.Н. Проблемы развития безотходных производств. -М.: Стройиздат, 1985

12. Cooper Р.Е., Thomas E.V. Recent developments in sewage treatment based on physico-chemical methods.- Water Pollut. Contr. (Gr.Br.), 1974, №5, p. 506-516; Diss.ss/p.516-520

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

14. Dejak M. Ion exchange electro winning recovery at Hewlett Packard // Plat/ and Surface Finish.-1988.- V.75.- №4.p.35-38

15. Аширов А. Ионобменная очистка сточных вод, растворов, газов. —Л.: Химия, 1983

16. Когановский A.M. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. Киев: Наук. Думка, 1983 г.

17. Gulf General Atomic Inc. Study and Experiments in Wastewater Reclamation by Reverse Osmosis. Prepared for the U.S. Department of Interior, May 1970.

18. Jacangelo, J. G., N. L. Patania, and R. R. Trussell. "Membranes in Water." Civil Engineering (May 1989): 68-71.

19. Harned H.S., Owen B. The Physical chemistry of Electrolytic Solutions. 3-rd ed., Reinhold, New York, 1958

20. Marion, L. "Biological, Mechanical Methods Compete for Wastewater-Cleanup Job." Chemical Engineering (June 16,1980): 82-86.

21. Бейгельдруд Г.М., Макаренко C.H. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов. Изд.2-ое, М.: 1999 г., с. 7-19

22. Меньшутина Н.В., Гончарова С.В., Колесников С.В. Информационная система «WAAM» для решения экологических проблем в области очистки сточных вод. Прикладное программное обеспечение. М.: Изд. РХТУ им Д.И. Менделеева, 2002г.,с. 25-95

23. Бесков B.C., Сафронов B.C. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. М.: Химия, 1999. с. 25-28,41-56, 64-71.

24. Кульский JI.A. Очистка воды на основе классификации ее примесей. / Укр.НИИ НТИ и ТЭИ, Киев, 1967,с.14

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

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

27. Kirkwood J.G., Oppenheim I. Chemical Thermodinamics.- McGrow-Hill, New York, 1961

28. Tamamushi В., Tamaki K. Adsorption of Long-chain electrolytes at the solid — liquid interface. Pt.2 The adsorption on polar and non-polar adsorbents. Pt.3 The adsorption on ion-exchanged Resins. —Trans. Faraday Soc., 1959, 55, №6, p. 1007-1013

29. Michaels A.S. Simplified method of interpreting kinetic data in fixed-bed ion exchange. -Ind. Eng. Chem., 1952,44, №7, p. 1922-1926.

30. Джумагулов M.T., Недюжина E.C. Транзит хрома в подземных водах./ Изучение загрязнения подземных вод на опытно-производственных полигонах. Сб. научн. трудов. Отв. Ред. В.М. Гольдберг. М., ВСЕГИНГЕО, 1990,с. 69-71

31. Зайцев В.А., Крылова Н.А. Промышленная экология. М.: 2002г.

32. Сенявин Н.Н., Рубинштейн Р.Н., Комарова И.В. Теоретические основы деминерализации пресных вод. М.: Наука, 1975,с.326

33. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. М.: Машиностроение, 1991, с.384.

34. Бейгельдруд Г.М. Создание оборотного цикла гальванических производств. Предисловие. М.: ОАО «НИИТЭХИМ», 1996г.

35. Дасоян М.А. Технология электрохимических покрытий. JL: Машиностроение, 1989, с.391.

36. Тихонов К.И., Бодягина М.М. Очистка технических растворов гальванических производств от ионов тяжелых металлов. Л.: О-во «Знание» ЛДНТП, 1990.С.5-22

37. Соловьева H.Д., Савельева Е.А. Экологические проблемы гальванических производств. Учебное пособие. Саратов: Изд-во СГТУ, 1997г.с. 12-43

38. Рузин Л.И., Шилин А.И. Безотходные процессы в гальванотехнике. Журнал ВХО им. Менделеева, 1988. т.ЗЗ, №2, с. 192-199

39. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989, с. 94-96

40. Low cost and energy-saving wastewater treatment technologies: Proc. of ISLEWTT. Harbin" 90 held at Harbin inst. of architecture & civil engineering: Harbin, China,6.10 Aug. 1990/ Ed.W.Z.Wang et al -Oxford etc: Pergamon Press, Cop. 1991 -V I, p. 256

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

42. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: «Химия», 1989, с. 185-196

43. Бретшнайдер С., Кавецкий В., Лейко Я. и др. Общие основы химической технологии.1. Л.:Химия, 1977, -504 с.

44. Риман В., Уолтон Г. Ионообменная хроматография в аналитической химии. Перевод с английского под ред. К.В.Чмутова. -М.: Мир, 1973, -376 с.

45. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии — М.: Химия, 1973.-752 с.

46. 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.

47. Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды. -М.: Стройиздат, 1988.- 191с.

48. Справочник химика. Под ред. В.П. Никольского. Т.З-М-Л.: Химия, 1964, -1008 с.

49. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Учебник для ВУЗов. 9-ое издание, исправленное. -М.: Химия, 1973, -752 с.

50. Лапин В.Л., Мартинсен А.Г., Попов В.М. Основы экологических знаний инженера. — М.: Экология, 1996. 176 с.

51. Балацкий О.Ф., Ермоленко Б.В., Журавский А.Ю. и др. Безотходное производство: экономика, технология, управление. «Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов», т. 17. Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1987.-184 с.

52. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. — М.: Химия, 1982. 288 с.

53. Романенко В.И., Орлов А.Г., Никитин Г.В. Книга для начинающего исследователя-химика. Л.: Химия, 1987. - 280 с.

54. Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии. — К.: Вища школа, 1973. -280 с.

55. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — М.: Наука, 1986. — 544 с.

56. Кривошеин Д.А., Муравей Л.А., Роева H.H. и др. Экология и безопасность жизнедеятельности. / Под ред. Л.А. Муравья. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.-447 с.

57. Одум Ю. Экология. В 2-х томах. М.: Мир, 1986. - 328 с.

58. Клименко-Мешкова H.A., Буравлева Е.П. Оценка антропогенных влияний на водный бассейн. «Вюник академп наук украшсы«м PCP». К., Наукова думка, №9, 1984, с. 79 82.

59. Хейвуд Р. Термодинамика равновесных процессов. — М.: Мир, 1983. -492 с.

60. Мюнстер А. Химическая термодинамика.-М.: УРСС, 2002, 296 с.

61. Эткинс П. Физическая химия. Т. 1. M.: 1980. - 584 с.

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

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

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

65. Канализация. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.03-85. Госкомитет СССР по делам строительства.-М, 1986

66. Куролап Н.С., Измайлова Д.Р. Ионообменный метод очистки хромосодержащих промстоков и отработанных электролитов галь ванических цехов.- Сб. «Теория и практика сорбционных процессов», Вып.12.-Воронеж: Изд-во ВГУ, 1978,с. 103-108

67. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Остаев Д.Г., Зволинский В.П. Основные методы разработки новых экозащитных процессов и технологий // «Вестник РУДН». Сб. научн. тр.,-М.: Изд-во РУДН, 2003, Вып.7, с.66-73

68. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П. Количественные критерии для оценки эффективности экозащитных процессов и технологий. //Актуальные проблемы экологии и природопользования, Сб.научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып. 3 ч.2 , с.149-151

69. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П.Термодинамическая оценка загрязнения окружающей среды и эффективности применения экозащитных мероприятий. // «Вестник РУДН». Сб. научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып.7, с 74-79

70. Кривошеин Д.А., Харламова М.Д., Зволинский В.П. Термодинамическая оценка эффективности работы очистных сооружений и устройств // «Вестник РУДН». Сб. научн. тр., -М.: Изд-во РУДН, 2003. Вып.7, с. 122-129

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

72. Белевцев А.И., Субботин В. А., Александрова Т.И. Извлечение шестивалентного хрома из сточных вод анионитом АН-251. -Сб. тр. ВНИИВОДГЕО.-М.:, 1984,с. 52-56.

73. Гельферих Ф. Иониты. -М.: Издатинлит, 1962,490 с.

74. Ямпольский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника.З-е изд. Переработанное и дополненное. -JL: Машиностроение, 1981 -269 с.

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