Исследование и разработка технологии сорбционной доочистки сточных вод гальванических производств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Лухнева, Ольга Леонидовна

• Лухнева, Ольга Леонидовна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лухнева, Ольга Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ И ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

1.1. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ.

1.1.1. ГАЛЬВАНОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ТРАВЛЕНИЕ.

1.1.2. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО КАК ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ВЫСОКОТОКСИЧНЫХ СТОЧНЫХ ВОД НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ.

1.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ.

1.3. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ.

1.3.1. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.

1.3.2. ИОНООБМЕННЫЙ МЕТОД.

1.3.3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.

1.3.4. БИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД.

1.3.5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД.

1.4. СООРУЖЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

1.4.1. РЕАКЦИОННЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ.

1.4.2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВЗВЕСЕЙ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД.

1.4.3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА.

1.4.4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СХЕМЫ РЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА.

2.1. ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ПРЕДПРИЯТИИ.

2.2. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА.

2.2.1. МОНИТОРИНГ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

2.2.2. АНАЛИЗ РАСХОДА ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НА ХРОМОВОЙ И ЦИАНИСТОЙ ЛИНИЯХ.

2.2.2.1. АНАЛИЗ РАСХОДА БИСУЛЬФИТА НАТРИЯ.

2.2.2.2. АНАЛИЗ РАСХОДА ХЛОРНОЙ ИЗВЕСТИ.

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЛИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ, ПОСТУПАЮЩИХ ПОСЛЕ

ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ОБЩЕМ СБРОСЕ ПРЕДПРИЯТИЯ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ УГОЛЬНОГО ШЛАКА И ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА.

3.1. ОБЪЕКТЫ» ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.2. ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ШЛАКА И ЦЕОЛИТА В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.2.1. ВЛИЯНИЕ КРУПНОСТИ СОРБЕНТОВ НА ИХ АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА.

3.2.2. ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ ХРОМА В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.2.3. КИНЕТИКА СОРБЦИИ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.2.4. ИЗУЧЕНИЕ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ СОРБЕНТОВ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.2.5. ВЛИЯНИЕ РАСХОДА СОРБЕНТА НА ЕГО ОБМЕННУЮ ЕМКОСТЬ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.2.6. ВЛИЯНИЕ РН ИСХОДНОГО РАСТВОРА НА ОБМЕННУЮ ЕМКОСТЬ СОРБЕНТОВ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.3. ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ШЛАКА И ЦЕОЛИТА В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.3.1. ВЛИЯНИЕ КРУПНОСТИ СОРБЕНТОВ НА ИХ АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА.

3.3.2. ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ ХРОМА НА ЦЕОЛИТЕ И ШЛАКЕ В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.3.3. КИНЕТИКА СОРБЦИИ.

3.3.4. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ СОРБЕНТОВ.

3.3.5. ВЛИЯНИЕ РАСХОДА СОРБЕНТА НА ЕГО ОБМЕННУЮ ЕМКОСТЬ В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.3.6. ВЛИЯНИЕ РН ИСХОДНОГО РАСТВОРА.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СОРБЦИОННОЙ доочистки СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ СОРБЕНТОВ.

4.1. МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ФОРМЫ СОРБЕНТОВ.

4.1.1. ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОРБЕНТОВ ПОСЛЕ МОДИФИКАЦИИ РАСТВОРОМ КАРБИДНОГО ШЛАМА.

4.1.1.1. ЗАВИСИМОСТЬ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ СОРБЕНТОВ РАСТВОРОМ КАРБИДНОГО ШЛАМА В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

4.1.1.2. ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ ХРОМА (III) В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

4.1.1.3. ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ ХРОМА (III) В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

4.1.2. ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОРБЕНТОВ ПОСЛЕ ИХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СОРБЕНТОВ.

4.1.2.2. ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

4.1.2.3. ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

4.1.3. СРАВНЕНИЕ ПОЛНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОБМЕННОЙ ЕМКОСТИ (ПДОЕ) ИСХОДНЫХ И МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФОРМ СОРБЕНТОВ.

4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ СОРБЕНТОВ.

4.3. ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА СОРБЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ШЛАКЕ И

ЦЕОЛИТЕ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА И УГОЛЬНОГО ШЛАКА.

5.1. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ СОРБЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМЕ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА.

5.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРЕДЛОЖЕННЫХ СОРБЕНТОВ В СИСТЕМАХ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА.

5.3. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ОЧИСТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СОРБЦИОННЫХ МЕТОДОВ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологии сорбционной доочистки сточных вод гальванических производств»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одним из главных природных ресурсов, требующим особого внимания является гидросфера. Источниками губительного воздействия на водные объекты являются все сферы человеческой деятельности, сопряженные с использованием воды. Огромный вклад в общий объем загрязнений, поступающих в водные ресурсы, вносит промышленное производство. Сточные воды, образующиеся в результате деятельности многих индустрий, содержат большое разнообразие токсичных веществ. Особо следует выделить гальваническое производство, которое характеризуется широким спектром загрязняющих веществ, относящихся к высокотоксичным, а некоторые из них обладают канцерогенными свойствами. Например, высокая концентрация цинка вызывает мутагенный и онкогенный эффекты на живые организмы. Избыток меди приводит к нарушению деятельности печени, алюминия - нарушению обмена веществ [108], шестивалентный хром поражает желудочно-кишечный тракт, кроветворную систему, дыхательные пути, почки [108]. Особенно актуальна эта проблема для Байкальского региона, который является особо охраняемой территорией.

Все гальванотехнические процессы сопряжены с большим водопотреблением, а следовательно, и с большим количеством образующихся сточных вод. Состав и концентрация стоков таких предприятий напрямую зависят от используемых процессов (меднение, никелирование, кадмирование, хромирование и т.д.). В настоящее время разработаны и внедрены в практику различные методы очистки сточных вод, содержащих отходы гальванического производства. Все известные способы очистки таких сточных вод условно делят на химические, электрохимические и биологические. Объем и состав сточных вод могут изменяться в широких интервалах. Поэтому выбор оптимального метода очистки напрямую зависит от технологических параметров самого производства. Бассейн р. Ангары, куда в конечном итоге попадают все сточные воды Иркутской промышленной зоны, славится своим большим запасом чистейшей пресной воды, поскольку ее истоком является оз. Байкал. Это является одним из факторов, обуславливающих актуальность данной работы.

Анализ литературных источников показал, что далеко не все методы очистки сточных вод, применяемые на практике, обеспечивают то качество воды, которое бы удовлетворяло требованиям, предъявляемым к водным объектам. Несмотря на разнообразие методов нейтрализации сточных вод гальванических производств, наиболее перспективными являются комбинированные методы. Зачастую только сочетание различных способов очистки позволяет получать воду без вредных примесей и тяжелых металлов. Для достижения высокой степени эффективности очистки сточных вод, не прибегая при этом к высоким экономическим вложениям, необходимо строгое соблюдение технологических параметров. Так, нарушение кислотно-щелочного режима при реагентной очистке, приводит к неполному осаждению металлов. Несвоевременная утилизация гальваношламов из отстойников приводит к повышению концентрации металлов в очищенной сточной воде.

Таким образом, основным фактором, влияющим на выбор технологической схемы очистки - это эффективность ее работы при минимальных экономических затратах. Для этого необходим выбор специального водоочистного оборудования, соблюдение технологических параметров, и при необходимости, применение способов доочистки сточных вод. В настоящее время, одним из лимитирующих факторов является экономическая сторона вопроса, т.е. применение дорогостоящих технологий может отразиться на себестоимости выпускаемой продукции.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка технологии доочистки сточных вод гальванических производств с применением природных и техногенных сорбентов. Для достижения поставленной цели были определены следующие ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- проведение мониторинга очистки сточных вод реагентным способом и выявление факторов, влияющих на эффективность процесса водоочистки.

- исследование шлака и цеолита в лабораторных условиях в качестве сорбентов тяжелых металлов, а так же определение оптимальных условий процесса адсорбции ионов Сг3+.

- изучение природы взаимодействия загрязняющих веществ с адсорбентами.

- разработка технологической схемы применения адсорбционной технологии доочистки сточных вод в системе реагентной очистки.

- проведение испытаний предложенной схемы доочистки в промышленных условиях.

ИДЕЯ РАБОТЫ. Использование природного цеолита и шлака, образующегося в результате сжигания каменного угля, для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод гальванических производств.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Системный анализ и научное обобщение теоретических и экспериментальных работ отечественных и зарубежных исследователей; натурные наблюдения и эксперименты; методы технологического обследования инженерных систем; теоретические исследования с использованием метода математического моделирования и многомерного статистического анализа с использованием Microsoft Excel; атомно-абсорбционный; спектральный анализ; статические, динамические и кинетические методы исследования сорбционных процессов.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований; применением современных апробированных методов исследования и приборов, позволяющих провести эксперимент с допустимой погрешностью; проверкой и подтверждением выводов в промышленных условиях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В предложенной работе впервые: теоретически обоснована и практически доказана целесообразность использования шлака, образующегося в результате сжигания каменного угля в котельной ИАЗа и цеолита Северо-Минусинского цеолитоносного района для сорбционной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов;

- доказан механизм сорбции ионов тяжелых металлов исследуемыми сорбентами; установлено, что при сорбции ионов на шлаке более выражен процесс физической сорбции, а сорбционные процессы на цеолите носят преимущественно ионообменный характер;

- выявлен ряд активностей металлов для шлака и цеолита, который отражает способность сорбентов «аккумулировать» одни ионы в большей степени, чем другие: Cr3+>Cu2+>Zn2+; это связано с зарядом и радиусом ионов металлов;

- установлено, что обменная емкость сорбентов, предварительно прошедших химическую или термическую обработку в значительной степени выше, чем исходных аналогов; это объясняется насыщением сорбентов «активными центрами», т.е. ионами Са2+ при химической модификации, и увеличением удельной поверхности при термической модификации.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

1. В результате исследования было выявлено, что степень извлечения ионов трехвалентного хрома не уменьшается при совместном присутствии ионов других металлов. Это свидетельствует о возможности применения сорбционного метода очистки промышленных сточных вод, содержащих различные ионы тяжелых металлов.

2. Разработана технологическая схема сорбционной доочистки сточных вод гальванических производств, обеспечивающая эффективное извлечение ионов хрома, меди и цинка с использованием природного цеолита и угольного шлака.

3. Проведены промышленные испытания технологической схемы доочистки сточных вод гальванических цехов ИАЗ филиал ОАО «Корпорация «ИРКУТ». Применение предложенной схемы позволит повысить эффективность очистки сточных вод гальванического производства от ионов Сг3+ на 46-96%, от ионов + на 41-78%, от ионов Си2+ на 41-88%, от ионов Бе 7-50% (по данным промышленных испытаний исходных и модифицированных форм сорбентов). Расчетный ожидаемый эколого-экономический эффект от внедрения сорбционной схемы доочистки составит в зависимости от вида сорбента и способа его модифицирования от 61914 до 287707 тыс. рублей в год (в ценах на 2009 год).

4. Разработанная технологическая схема с использованием сорбционного метода рекомендована для применения на очистных сооружениях предприятий машиностроительной и химической отраслей промышленности РФ.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Результаты комплексной оценки функционирования станции обезвреживания сточных вод гальванических производств и выявление факторов, влияющих на эффективность процессов физико-химической очистки.

2. Результаты исследования процесса сорбции ионов тяжелых металлов шлаком и цеолитом из сточных вод гальванических производств. Выявление оптимальных условий и закономерностей процесса извлечения ионов трехвалентного хрома из промышленных сточных вод.

3. Теоретическое обоснование механизма сорбции ионов тяжелых металлов шлаком и цеолитом из растворов и сточных вод.

4. Разработка и испытания технологической схемы доочистки сточных вод гальванических производств с использованием природных и техногенных сорбентов.

АПРОБАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях, в т.ч.:

1. Научно-практическая конференция «Оценка эколого-экономической ситуации загрязнения водных экосистем в бассейне оз. Байкал и управление экологическим риском», Иркутск, 2006г;

2. Международное совещание «Современные проблемы обогащения и «глубокой комплексной переработки минерального сырья», г. Владивосток, 2008г.;

3. Международный научно-практический симпозиум «Инновации и обеспечение безопасности эксплуатации современных железных дорог», г.Иркутск, 2010г.;

4. Международная конференция «Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального и техногенного сырья» (Плаксинские чтения-2010), г. Казань, 2010г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные теоретические и практические результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 работах, в т.ч. 1 в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационный материал содержит 197 стр. основного текста, 38 рисунков, 55 таблиц и 9 приложений. Работа включает введение, 5 глав, заключение и список литературы из 111 наименований.

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Лухнева, Ольга Леонидовна

Выводы

Целью данной главы было сравнение изученных сорбентов (шлака и цеолита) с точки зрения возможности и целесообразности их применения в практической деятельности.

1. Для проведения испытаний в промышленных условиях был произведен расчет удельного расхода для исходных и модифицированных форм сорбентов. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что удельный расход сорбентов составляет от 9 кг. в сутки для исходных форм, и от 0,9 кг. для модифицированных аналогов.

2. Разработано инженерно-техническое и конструктивное обеспечение промышленного использования сорбционной технологии, т.е. обоснована технологическая схема ее применения в существующей инженерной конструкции.

3. Разработан технологический регламент подачи сорбентов в процессе доочистки сточных вод.

4. Проведены опытно-промышленные испытания, которые показали, что концентрация металлов в отстойнике не превышает нормативы ПДК. Содержание вредных веществ в отстойнике в значительной степени уменьшается по сравнению с содержанием металлов в сточной воде, поступающей в приемные баки. Степень доочистки с использованием предложенной технологической схемы в зависимости от вида применяемого сорбента составляет 27-96% от ионов хрома, 41-88% от ионов меди, 41-78% от ионов цинка.

5. Проведен расчет величины предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды. Суммарная величина предотвращаемого ущерба, наносимого водным ресурсам, составляет: при использовании шлака 61 914 - 287 707 тыс. рублей, а при использовании цеолита 108 386 - 146 386 тыс. рублей. Для расчета эколого-экономической оценки предложенного сорбционного метода доочистки сточных вод гальванического производства использовались данные, полученные в ходе экспериментальных исследований.

Заключение

В результате проведенных исследований и испытаний решена важная народнохозяйственная задача по охране и рациональному использованию водных ресурсов р. Ангары в условиях значительной антропогенной нагрузки на регион в целом. Обобщив полученные результаты можно сделать следующие выводы.

1. Проведен анализ литературных данных по проблеме очистки сточных вод и по применению сорбционной технологии в системах очистки и доочистки стоков промышленных предприятий. Выявлено, что в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в водоочистке и водоподготовке является применение сорбционного метода.

2. На основании данных лаборатории отдела охраны окружающей среды ИАЗа был проведен мониторинг функционирования станции водоочистки, по результатам которого выявлено неполное обезвреживание стоков от ионов Сг3+. Анализ расхода реагентов показал существенный их перерасход. Для бисульфита годовой перерасход товарного продукта составляет 276 тонн, а для хлорной извести более 70 тонн. В процессе обработки данных были получены математические модели, характеризующие зависимость перерасхода реагентов от количества поступающих на очистку загрязнений. Несовершенство организации канализационной системы или нарушения при ее эксплуатации приводит к поступлению неочищенных сточных вод в коллектор хоз-бытовых стоков.

3. Выбор сорбционного метода доочистки обусловлен большим объемом экспериментальных данных, в ходе которых доказана эффективность применения угольного шлака, образующегося в результате сжигания каменного угля в котельной ИАЗа и природного цеолита для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод.

4. Установлено, что в статических условиях сорбционного процесса при переходе от более крупной фракции к более мелкой наблюдается увеличение сорбционной активности шлака и цеолита (СОЕ для фракции №3 составляет 60 мг/г для цеолита и 43 мг/г для шлака). Увеличение времени контакта приводит к повышению сорбционной активности изучаемых материалов. Экспериментальными путем доказано, что оптимальной средой для максимальных значений обменной емкости как в статических, так и в динамических условиях, является нейтральная, или близкая к ней. В кислых и щелочных условиях обменная емкость шлака и цеолита существенно снижается. Выявлено, что при рН=7 СОЕ шлака увеличивается до 960 мг/г, а цеолита до 1100 мг/г

5. Выявлен ряд активностей металлов для шлака и цеолита, который отражает способность сорбентов «аккумулировать» одни ионы в большей степени, чем другие: Сг3+>Си2+>гп2+. Такое расположение металлов определено зарядом ионов и их радиусом. В области низких концентраций, как шлак, так и цеолит эффективно сорбируют ионы хрома, цинка и меди. Однако в области средних концентраций сорбционные свойства шлака по отношению к данным металлам выражены слабее, чем цеолита. Оптимальными условиями для применения сорбентов в процессе доочистки являются: использование фракции №3 для цеолита (размер частиц от 1 до 0,5 мм.) и фракции №4 (размер частиц менее 0,5 мм.) для шлака; рН исходного раствора 7; время контакта сорбентов с раствором 40 минут.

6 Результаты показали, что обменная емкость сорбентов, предварительно прошедших химическую или термическую обработку в значительной степени отличается от исходных аналогов. Так, ПДОЕ шлака и цеолита после физической модификации составляет: 160 и 517 мг/г, а после химической — 567 и 739 мг/г соответственно.

7. При изучении процесса регенерации Сг из шлака и цеолита выявлено, что максимальная регенерация (т.е. на уровне 95%) возможна только при обработке сорбентов 10% раствором соляной кислоты. Применение в качестве элюата водопроводной воды не обеспечивает высокой степени десорбции хрома из шлака и цеолита.

8. Природа взаимодействия сорбентов с металлами, входящими в состав раствора, сводится к целому комплексу физических и химических процессов. Для шлака более характерно сорбирование металлов на поверхности за счет образования комплексов из поликремневых кислот. При сорбции на цеолите более выражен процесс ионного обмена.

9. Разработана технологическая схема сорбционной доочистки сточных вод гальванических производств, обеспечивающая эффективное извлечение ионов хрома, меди и цинка с использованием природного цеолита и угольного шлака.

10. Проведены промышленные испытания технологической схемы доочистки сточных вод гальванических цехов ИАЗ филиал ОАО «Корпорация «ИРКУТ». Применение предложенной схемы позволит повысить эффективность очистки сточных вод гальванического производства от ионов Сг3+ на 46-96%, от ионов на 41-78%, от ионов Си2+ на 41-88%, от ионов Ре 7-50% (по данным промышленных испытаний исходных и модифицированных форм сорбентов). Определена суммарная величина предотвращенного ущерба, наносимого водным ресурсам, которая составляет: при использовании исходной формы шлака 61 914 тыс.р., при использовании исходной формы цеолита 108 386 тыс.р. Использование модифицированных форм сорбентов позволит увеличить сумму предотвращаемого ущерба до 287 707 тыс.рублей в год.

Полученные в ходе лабораторных и промышленных испытаний результаты свидетельствуют о возможности применения очищенной сточной воды для нужд гальванического производства. Разработанная сорбционная технология является ресурсосберегающей, экономичной, экологичной и может быть рекомендована для очистки сточных вод и утилизации ценных компонентов предприятиями машиностроительной и химической отраслей, содержащих в стоках ионы тяжелых металлов.

С - концентрация вредностей в г. на 1 м3 стоков. О - доза активного реагента в г. на г. нейтрализуемой вредности. Р - содержание активного реагента в товарном, %.

Птн- запроектированный перерасход 8,5 % раствора бисульфита натрия.

Пхн- запроектированный перерасход 7,5 % раствора хлорной извести.

V- объем сточных вод, поступающих на очистку, м3.

ПТф- фактический перерасход 8,5% раствора бисульфита натрия, м3.

ПХф- фактический перерасход 7,5% раствора хлорной извести, м3

Ст0Ст - остаточная концентрация реагента, мг/л.

Ы5- коэффициент ранговой корреляции Спирмена.

А - обменная емкость сорбента, мг/г.

Свых~ концентрация хрома в растворе после очистки, мг/л.

Со - исходная концентрация хрома в растворе, мг/л.

ДОЕ - динамическая обменная емкость, мг/г.

СОЕ - статическая обменная емкость, мг/г.

ПДОЕ — полная динамическая обменная емкость, мг/г.

Е - коэффициент селективности, эффективность извлечения ионов металлов, %. Ц - цеолит. Ш - шлак.

Ц мод (Цм) - модифицированная форма цеолита. Ш мод (Шм) - модифицированная форма шлака. Б - степень регенерации, %. М - расход сорбента, г. N - эффективность системы доочистки, %.

Уу;иг, Руб - величина предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды, ИАЗ - Иркутский Авиационный Завод филиал ОАО «Корпорация «ИРКУТ»

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лухнева, Ольга Леонидовна, 2010 год

1. Адсорбция и адсорбенты: труды VI Всесоюзной конф. по теоретическим вопросам адсорбции / М.: Наука, 1987.-180с.

2. Андреева П.П. Применение комплексных сорбентов для очистки сточных вод от крупномолекулярных органических соединений и ионов тяжелых металлов: автореф. дис. канд. техн. наук: 03.00.16 / Н.П. Андреева М., 2006. - с.20.

3. Ансеров Ю.М. Машиностроение и охрана окружающей среды / Ю.М. Ансеров, В.Л. Дурнев. Л.: Машиностроение, 1979. - 224 с.

4. Афонина Т.Ю. Извлечение ионов серебра из водных растворов новыми углеродными сорбентами: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.16.02 / Т.Ю. Афонина. — Иркутск, 2009. 18с.

5. Бабина Ю.В. Сертификация систем экологического менеджмента: правильный выбор / Ю.В. Бабина //Экология производства, 2004. № 3. С. 32-40.

6. Беличенко Ю.П. Охрана водных ресурсов / Ю.П. Беличенко, М.Я. Полянинов. -М.: РосельхозИздат, 1976.- 133 с.

7. Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений / Э. Бучило. Пер. с польского / М., Металлургия 1974. — 200с.

8. Бобылева С.А. Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с применением брусита.: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.04 / С.А. Бобылева -Новосибирск, 2005.-18с.

9. И. Бочаров П.П. Теория вероятностей: уч. пособие / П.П. Бочаров, А.В. Печенкин М.: изд. РУДН, 1994. - 172с.

10. Василенко Т.А. Очистка фосфатсодержащих сточных вод модифицированным шлаком электросталеплавильного производства: автореф. дис. канд.техн. наук: 05.23.04 / Т.А. Василенко Белгород, 2005. - 20 с.г

11. Веселое Ю.С. Водоочистное оборудование: конструирование и использование / Ю.С. Веселов, И.С. Лавров, Н.И. Рукобратский. Л.: Машиностроение, 1985. - 232с.

12. Ветошкин А.Г. Процессы инженерной защиты окружающей среды / А.Г. Ветошкин. уч. пособие. - Пенза: Пенз. Гос. Университет, 2004. - с.325.

13. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство/ С.С. Виноградов; под ред. В.Н. Кудрявцева. М.: Глобус, 1998. - 302с.

14. Власова В.В. Разработка технологии комплексного извлечения полезных компонентов из золошлаковых отходов ТЭС Иркутской области: автореф. дис. канд. техн. наук: 25.00.13 / В.В. Власова- Иркутск,2005. 17с.

15. Воронцов А.И. Охрана природы / А.И. Воронцов, Е.А. Щетинский, И.Д. Никодимов. М.: Агропромиздат, 1989. - 303с.

16. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии / С.С. Воюцкий. изд.2-е, М.: Химия, 1975.-512с.

17. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. ГосКом РФ по охране окружающей среды. М.: 1999. - 102с.

18. Гельфман М.И. Коллоидная химия / М.И. Гельфман, О.В. Ковалевич, В.П. Юстратов, 2-е изд. Спб: Лань, 2004. - 336с.

19. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике / В.Е. Гмурман. 4-е изд., - М.: Высш. шк., 1998. — 400с.

20. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: уч. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. 11-е изд., - М.: Высш. Шк., 2005. - 479 с.

21. ГОСТ 20255.1-89. Иониты: методы определения статистической обменной емкости. М.: Стройиздат, 1989. - 4с

22. ГОСТ 20255.2-89. Иониты: методы определения динамической обменной емкости. М.: Стройиздат, 1989. - 5с.

23. ГОСТ 9.314-90. Вода для гальванического производства и схемы промывок. -М.: Знак Почета, 1991. 20с.

24. ГОСТ 17.1.3.07-82 . Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. М.: Стройиздат, 1982. - 180с.

25. Демидова H.H. Активные центры минеральных сорбентов и адсорбция анионов / H.H. Демидова; под ред. Х.Р. Рустамова. Ташкент: Фан, 1990. - 89с.

26. Долгов В.П. Химия. / В.П. Долгов, Е.В. Соловьева. М.: СЛОВО, 1997.608с.

27. Дубинин М.М. Основы теории объемного заполнения микропор для неоднородных микропористых структур // Адсорбция и адсорбенты: труды 6 Всесоюзной конференции по теоретическим вопросам адсорбции. М.: Наука, 1987. — с. 201-209.

28. Зубарева Г.И. Глубокая очистка хромсодержащих сточных вод гальванического производства / Г.И. Зубарева, М.Н. Филипьева, Д.А. Плотников // Экология и промышленность России. 2005. - №5. - с.20-21.

29. Зубарева Г.И. Способы очистки сточных вод от соединений хрома (VI) / Г.И. Зубарева, М.Н. Филипьева, М.И. Дегтев // Экология и промышленность России. 2005. - №2. — с.30-33.

30. Инешина Н.В. Библиографическое оформление научных работ: метод. Рек./ сост. Н.В. Инешина, H.JT. Калеп, В.К. Пешкова; ред. И.П. Белоус. Иркутск, 2005. -34с.

31. Ищенко А.Н. Актуальные проблемы мониторинга водных объектов / А.Н. Ищенко // Вода: химия и экология, М.: Креативная экономика, - 2010, - № 7 - с. 2-5.

32. Ефимов A.A. Энергосберегающие технологии. / A.A. Ефимов, JI.K. Дьяконова, Е.А. Кологреева // сборник материалов научно-практической конференции «Научные достижения производству», март 2009г. Иркутск. — с. 81-86.

33. Казначей Б.Я. Гальванопластика в промышленности / Б.Я. Казначей; под ред. Е.И Регирера — М.: Гос. изд. местной промышленности, 1955. — 174 с.

34. Когановский A.M. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении / A.M. Когановский и др. М.: Химия, 1983. — 288 с.

35. Копылова Л.И. Введение в экологическую химию. Уч. пособие / Л.И. Копылова Иркутск: ИГПУ, 2000. - 244с.

36. Коробкин В.И. Экология / В.И. Коробкин, JI.B. Передельский. Ростов н/Д: Феникс, 2000. - 576 с.

37. Королюк B.C. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / B.C. Королюк и др. М.: Наука, 1985. - 640 с.

38. Левченков С.И. Лекция по курсу «Физическая и коллоидная химия», электронный ресурс. — режим доступа: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/PCC/ (21 января 2010).

39. Лотош В.Е. Концептуализация проблемы утилизации промышленных отходов / В.Е. Лотош, А.И. Аженов // Экология и промышленное производство. — 1997 №3, - с. 47-54

40. Лурье Ю.Ю. Химический анализ производственных сточных вод / Ю.Ю. Лурье, А.Н. Рыбникова. -М.: Химия, 1974. -215с.

41. Лухнева О.Л. Повышение эффективности очистки сточных вод гальванического производства с использованием адсорбционного метода доочистки // Вода: химия и экология. М., 2010. - №10. - С.21-26.

42. Лухнева О.Л. Интенсификация процессов сорбционной очистки сточных вод гальванических производств с использованием природных и техногенных сорбентов / О. Л. Лухнева, А.Ю. Чикин // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. М., 2010. -№10,- С. 16-17.

43. Мазур И.И. Курс инженерной экологии: учеб. для вузов / В.И. Мазур, О.И. Молаванов. М.: Высш. Шк., 1999. - 447с.

44. Макаров В.М. Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях / В.М. Макаров и др. М.: Машиностроение, 1988. - 272с.N

45. Малкин В.П. Процессы и аппараты технологии очистки промстоков, содержащих ионы тяжелых металлов / В.П. Малкин. Иркутск: изд. Иркутского Университета, 1992. - 216с.

46. Малкин В.П. Технологические аспекты очистки промстоков, содержащих ионы тяжелых металлов / В.П. Малкин. Иркутск: Издательство Иркутского Университета, 1991.-64с.

47. Мандзий М.Р. Разработка технологии адсорбционной очистки сточных вод с использованием модифицированных алюмосиликатных сорбентов: автореф. дисс.канд.техн. наук: 03.00.16 / М.Р. Мандзий Кемерово, 2004. - 20с.

48. Мартынова Т.М. Исследование и разработка технологии очистки фторсодержащих промышленных сточных вод забайкальского ГОКа сорбционным методом: автореф. дис . канд.техн.наук: 05.15.08 / Т.М. Мартынова. Иркутск, 1990.-22с.

49. Мисин В.М. Метод очистки поверхностных стоков от ионов тяжелых металлов с использованием волокнистых хемосорбентов / В.М. Мисин, Е.В. Майоров // Вода: химия и экология, М.: Креативная экономика, - 2010, - № 8 - с. 10-15.

50. Мовчан Н.И. Сорбция ионов металлов из водных растворов с помощью модифицированных цеолитов. Н.И. Мовчан, A.B. Наймушина, Е.В. Петрова, H.H. Умарова / Тезисы VII конференции "Аналитика Сибири и Дальнего Востока 2004" с. 20-27.

51. Некрасов Б.В. Основы общей химии / Б.В. Некрасов. 3-е изд. - М.: Химия, 1973.-656 с.

52. Оганесян Э.Т. Важнейшие понятия и термины в химии. Краткий справочник / Э.Т. Оганесян. -М.: Высш.шк., 1993. 352с.

53. Очистка природных и сточных вод минеральными цеолитами / С.Б. Леонов и др.; Иркутск: Ирк.университет, 1994.-56с.

54. Пасынский А.Г. Коллоидная химия / А.Г. Пасынский; под ред. В.А. Карагина. М.: высш.шк., 1959. - 266с.

55. Пасько O.A. Физико-химические изменения в водопроводной воде при ее обработке различными способами / O.A. Пасько // Вода: химия и экология, М.: Креативная экономика, - 2010, - № 7 - с. 40-45.

56. Петров C.B. Исследование и разработка технологии обезвреживания отходов кучного выщелачивания золота под действием природных факторов: автореф. дис.канд.техн. наук: 25.00.36 / C.B. Петров. Иркутск, 2003. - 22с

57. Пособие к СНИП 11-01-95 по разработке раздела проектной документации «Охрана окружающей среды».

58. Проскурина И.И. Использование металлургических шлаков для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / И.И. Проскурина, C.B. Свергузова, H.H. Василевич // Экология и промышленность России. 2006. - №5. - с. 16-18

59. Проскурина И.И. Физико-химические закономерности процесса очистки медь- и никельсодержащих сточных вод шлаком электросталеплавильного производства: автореф. дис.канд.техн. наук: 02.00.04 / И.И. Проскурина. Белгород, 2007,- 20с.

60. Путилов A.B. Охрана окружающей среды / A.B. Путилов, A.A. Копреев, Н.В. Петрухин. М.: Химия, 1991. - 224с.

61. Рекомендации по проектированию очистных сооружений для стоков гальванических цехов / М.: ГосСтрой СССР, 1967. 78с.\

62. Руш Е.А. Совершенствование технологий сорбционной очистки сточных вод от тяжелых металлов для предприятий ангарской промышленной зоны / Е.А. Руш. -Иркутск: ИрГТУ, 2003. 195 с.

63. Рязанцев A.A. Ионный обмен на природных цеолитах из многокомпонентных растворов / A.A. Рязанцев, JI.T. Дашибалова // Журнал прикладной химии, 1998.-Вьш.7. - Т.71.-с 1098-1102.

64. Семенов В.В. Обезвреживание шламов гальванических производств методом ферритизации / В.В. Семенов, С.И. Варламова, Е.С. Климов // Экология и промышленность России. 2005. - №2. - с.34-36.

65. Сендеров Э.Э. Итоги науки и техники. Неметаллические полезные ископаемые / Сендеров Э.Э., Петрова B.B. М.: АН СССР ВИНИТИ. - 1990. - с. 141.

66. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды. А.Д.Смирнов., Л.: Химия. 1982,168 с.

67. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. ГосСтрой СССР, 1985 108с.

68. Тарасевич Б.Н. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел / пер.с англ. Б.Н. Тарасевича. М : Мир, 1986 - 63с.

69. Тарасевич Ю.И. Адсорбция на глинистых минералах / Ю.И. Тарасевич, Ф.Д. Овчаренко. Киев: Наукова Думка, 1975. - 201с.

70. Тарасевич Ю.И Пористая структура природных адсорбентов // Адсорбция и адсорбенты: труды 6 Всесоюзной конференции по теоретическим вопросам адсорбции. М.: Наука, 1987. - с. 209-214.

71. Третьякова Я.К. исследование и разработка сорбционной технологии локальной очистки металлсодержащих сточных вод: автореф.дис.канд.техн. наук: 05.23.04 Я К. Третьякова. - 2002. - 16с.

72. Трушина Т.П. Экологические основы природопользования / Т.П. Трушина. -Ростов н/Д.: Феникс, 2001.-384 с.

73. Уланова О.В. разработка процесса селективного извлечения щелочных и щелочно-земельных метало из подземных рассолов: автореф. дис.канд.техн. наук: 25.00.13 / О.В. Уланова. Иркутск - 2001. - 16с.ч

74. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии / Д.А. Фридрихсберг. Д.: Химия, 1974.-352с.

75. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсионные системы / Ю.Г. Фролов, 2 изд. М.:Химия, 1988. - 464 с.

76. Фуратова О.Н. Интенсификация электролитического хромирования и обезвреживание хромсодержащих стоков: автореф.дис.канд.техн. наук: 05.17.03 / О.Н. Фуратова. Волгоград, 2004. - 20с.

77. Хатькова А.Н. Применение цеолитсодержащих турфов Сибири и дальнего Востока для очистки сточных вод горнодобывающих предприятий / А.Н. Хатькова, В.П. Мязин, К.И. Карасев. Чита: ЧитГТУ, 1997. 75с.

78. Цицишвили Г.В. Пористость и адсорбционные свойства высоко кремнистых и сверхкремнистых цеолитов // Адсорбция и адсорбенты: труды 6 Всесоюзной конференции по теоретическим вопросам адсорбции. М.: Наука, 1987. - с. 215-220.

79. Шадерман Ф.И. Лабораторные и технологические исследования минерального сырья. Природные цеолиты в технологиях во до подготовки и очистки сточных вод / Ф.И. Шадерман . М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. - 54 с.

80. Шахраманьян. М.А. Сибирский регион России. Опасности природного, техногенного и экологического характера / М.А. Шахраманьян, В.А. Акимов, К.А. Козлов // экология и промышленность России. №4, 2003. с. 4-7.ч

81. Шицкова А.П. Методы определения вредных веществ в воде водоемов / А.П. Шицкова. М.: Медицина, 1981. - 376 с.

82. Экология и экономика природопользования: учеб. для вузов / Э.В. Гирусов и др. М.: ЮНИТИ, 2000. - 455 с.

83. Экология. Охрана труда. Промышленная безопасность, электронный ресурс. режим доступа: http://ecokom.Ru/viewtopic.php?f=4&t=2282. (26 июня, 2010г.)

84. Юминов A.B. Перспективы использования клиноптилолита для сорбции тяжелых металлов из водных растворов / A.B. Юминов, В.Г. Березюк , Ю.Н. Макурин, А.И. Матерн / Тезисы VII конференции "Аналитика Сибири и Дальнего Востока 2004"

85. Яковлев C.B. Водоотводящие системы промышленных предприятий / C.B. Яковлев, Я.А. Карелин. М.: Стройиздат, 1990. - 511 с.