Разработка технологии очистки от тяжелых металлов загрязненных территорий и ливневых стоков промышленных предприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат технических наук Воловодов, Алексей Иванович

• Воловодов, Алексей Иванович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воловодов, Алексей Иванович

Введение. 6-

1. Литературный обзор

1.1. Почвы

1.1.1. Типы почв . 8

1.1.2. Компоненты почв

1.1.3. Структура почв . 10

1.1.4. Свойства почв . 11

1.2. Загрязнители почвы

1.2.1. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами . 15

1.2.2. Загрязнение почвы нефтепродуктами . 21

1.3. Методы очистки почв . 23

1.3.1. Очистка загрязненных земель на месте. 24

1.3.2. Очистка почв с вскрышными работами . 27

1.4. Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов и тяжелых металлов.

1.4.1. Химический метод обработки . 30

1.4.2. Электрокоагуляция . 31

1.4.3. Электрофлотация . 32

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии очистки от тяжелых металлов загрязненных территорий и ливневых стоков промышленных предприятий»

Почва как неотъемлемая составная часть природной среды обитаниячеловека нуждается в особой заботе и охране. Антропогенное воздействие наокружающую среду включает в себя многие негативные аспекты: добычаминерального сырья, использование земельной площади в сельскохозяйственныхцелях, покрытие почвы водонепроницаемыми материалами (например,асфальтом или бетоном), уплотнение почв, эрозия, отравление почвы вреднымивеществами и как следствие изменение качества почвы и размеров полезныхплощадей.Почва представляет собой сложную саморегулирующуюся систему свысокой способностью к регенерации. В отличие от относительно динамичныхсред - воды и воздуха, она обладает исключительной способностью кнакоплению или аккумуляции, поэтому вредные вещества, попадающие в почвуиз воздуха и воды, задерживаются ею. Но как только аккумулирующая емкостьпочвы исчерпывается, большие массы накопленных в ней вредных веществстановятся подвижными, ползучая интоксикация превращается влавинообразную [1].По самым общим подсчетам сейчас в нашей стране систематическизагрязняются тяжелыми металлами около 10 млн. га земли. Основными жеисточниками загрязнения почв тяжелыми металлами являются заводы попереработке отходов (в частности печи по сжиганию отходов) иметаллоперерабатывающие предприятия.Таким образом, 80% загрязнений приходятся на 10% площади, т. е. почвана площади в 1 млн. га настолько заражена тяжелыми металлами, что любое еесельскохозяйственное использование является опасным. К этому следуетдобавить полосы земли шириной 50 - 100 м по обеим сторонам автострад свысокой интенсивностью движения, в которых содержатся высокиеконцентрации соединений свинца, никеля, ртути. Уровень загрязнения почвыза счет свалок, число которых составляет приблизительно 50 тыс. , невозможнодаже оценить [2]. А если еще добавить загрязнение почвы нефтью и7нефтепродуктами, среди, которых наибольшую опасность представляют разливынефти, продукты ее переработки, различные химические вещества, приводящие ктяжелым последствиям для окружающей среды и угрожающие самомусуществованию человека. Их основными источниками являются нефтегазоваяпромышленность (при бурении скважин, транспортировка нефти),бензозаправочные станции.Следует отметить, что участившиеся кислотные дожди вымывают из почвывсе большие количества вредных веществ, которые переходят либо в грунтовыеводы, либо в растения и, следовательно, рано или поздно попадают вместе спитьевой водой или продуктами питания на наш стол.Учитывая все вышеизложенное, можно утверждать, что экологическоесостояние почв, на данный момент не является благополучным. Поэтому дляпредупреждения экологической катастрофы уже сегодня необходимо серьезнозаниматься разработкой методов по очистке почв от вредных веществ.1. Литературный обзор1.1. ПочвыПочва - это самостоятельное природное тело, возникшее в результатепреобразования поверхностных слоев коры под воздействием биотических,абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральныхи органических частиц, воздуха и воды и создающее соответствующиеусловия для нормального роста и развития растений [3].2. Буроземы. Имеют четко выраженный ABC - профиль с постепеннымипереходами между почвенными горизонтами. Буроземы - почвы характерныедля умеренного климата с лиственными лесами. Образуются на самыхразличных материнских породах.3. Сероземы. Возникают под влажными еловыми и смешаннымилесами, преимущественно на кислых исходных породах. Для сельскохозяйственных нужд применение малопригодно. Над выщелоченным иосветленным горизонтом Аг располагается подстилка из кислого не вполнеразложившегося гумусового материала А2. Горизонт В обычно сильноосветлен и имеет песчанистый состав, как результат вымывания сильнымикислотами глинистых минералов и гумусовых частиц ниже по профилю. Подним залегает часто сильно уплотненный слой, который, затвердевая,превращается в ортиштейны (сильно ожелезненные плотные пески ипесчанники).4. Глеевые почвы. Эти почвы формируются под воздействиемгрунтовых вод. Ниже уровня грунтовых вод они имеют серый цвет,переходящий в черный (ограниченный доступ воздуха способствуетсозданию восстановительной зоны), а выще этого уровня в почвахпоявляются красные полосы (зона окисления).5. Пеевдоглеи. Тип почв, сформировавшийся под воздействиемподпруженных вод. Для них характерен горизонт с зеленоватыми и ржавобурыми пятнами.

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Воловодов, Алексей Иванович

5. Выводы

1. Анализ качественного и количественного состава почвенного покрова ряда объектов мегаполиса Москвы показал, что содержание некоторых металлов превышает ПДК (медь, свинец, цинк), а нефтепродуктов почти на всех объектах. Это требует применения комплекса мероприятий для стабилизации и рекультивации почвы.

2. Для всех исследуемых металлов и нефтепродуктов были выявлены основные закономерности сорбции по различным типам почв. Установили, что основное концентрирование металлов (до 70% сорбированного почвой загрязнителя) и нефтепродуктов происходило на глубину 15 см грунта. Однако для таких металлов, как свинец и медь, наблюдали дальнейшее проникновение в глубь грунта в зависимости от его типа (до 30% от общего количества загрязнителя).

3. Выявили основные факторы, влияющие на десорбции исследуемых металлов из почвы. Установили, что образование нерастворимого комплекса в почве ведет к уменьшению её скваженности и соответственно к уменьшению коэффициента фильтрации (Кф) в несколько раз.

4. Изучено влияние природы промывного раствора на характер десорбции металлов. Наилучшими промывными растворами являются растворы на основе органических кислот и их солей (лимонная, винная и щавелевая кислота). Установили, что оптимальное значение расхода промывного раствора находится в пределах 6-12 мл/г почвы. Наличие в грунте гуминовых кислот приводит к увеличению расхода промывного раствора в несколько раз. При этом возможно вымывание металлов, входящих в состав почвы.

5. Изучено электрофлотационное извлечение металлов в присутствии комплексообразователей. Исследовали влияние состава среды на извлечение металла и лиганда на примере меди из аммиакатных, тартратных, цитратных растворов. Установили, что для 98% степени извлечения металла оптимальным для процесса электрофлотации является мольное соотношение медыкомплексон 0,7 - 11 в зависимости от природы лиганда в интервале рН 9 - 10 и объемной плотности тока Iv = 150 мА/л. 6. Разработана технология извлечения металлов из грунта посредством промывных растворов с их последующей электрофлотационной обработкой.

158

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воловодов, Алексей Иванович, 2006 год

1. Глазунов Г.П., Кузнецов М.С. Эрозия и охрана почв. Учебник для вузов. Изд. 2-е// КолосС МГУ. - 2004.- с. 352.

2. Большаков Б. А., Гальпер Е.Я. и др. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. Обзорная информация. М., 1978 - С. 16-27.

3. Окружающая среда. Энциклопедический справочник-словарь. М., 1993.-С. 331-341.

4. Почва: Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам: Справочник/ Г.С. Фомин, А.Г. Фомин. -М., 2001.- с. 299: а-ил. (Междунар.стандарты народному хозяйству России). - ISBN 5-900631-06-0.

5. Качинский М. А. Почва, ее свойства и жизнь-М.,1967.-С. 91-113.

6. Методическое руководство по оценке загрязнения земель. Экологический фонд РТ // Минприрода Республики Татарстан. Ч.1., 1996.-с. 322.

7. Муравин Э.А. Агрохимия. Учебник для Вузов// КолосС.-2000-с. 384.

8. Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Труды II Всесоюзного совещания/Ред. Ц.И. Бобовникова; Гос.ком.СССР по гидрометеорологии и контролю// Гидрометеоиздат. JL, 1980. - с.249.

9. Ю.Сидорова Е. В. , Акопова Г. С. и др. Охрана почв на объектах газовой промышленности. Обзорная информация М., 1994 - с. 30-44.

10. ГН 2.1.7.020-94. Ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) тяжёлых металлов и мышьяка в почвах. Москва, 1995 .

11. Биогеохимический мониторинг и оценка режимов функционирования агроэкосистем на техногенно загрязняемых почвах /Помазкина Л.В.,

12. Методы обезвреживания грунтов на месте с выемкой и без выемки. Onsite und In-site - Verfahren haben hohe Prioritate // Osterr. Chem. - Z., №5. - C. 154-155.

13. Remediation technologies for US hazardous waste sites / Kovalick Walter W.// Chem. and Ind. 1995, №13 - C. 500-503.

14. Verfahren und Vorrichtung zur in-situ-Bodens-anierung mittels des Tiefenuttelns: Заявка 4234343 ФРГ, МКИ A 62 D 3/00 / Pielsticker A., Sondsrmann W.; Keller Grundbau GmbH № 4234343.7; Заявл. 12.10.92; Опубл. 14.04.1994.

15. Removing toxic substances from the soil using electrochemistry / Will Fritz G. // Chem. and Ind. 1995, №10. - C. 376-379.

16. Электрохимическое восстановление почвы на месте./Trumbly Jeannov// Environ. Sci. andTechol. 1994. - № 6. - C. 289-291 анг.

17. Cryogenic method and system for remediating contaminated earth: Пат. 5324137 США, МКИ Б 09 5/00 / Dash J. Gregori; University of Washington. -№ 19.085; Заявл. 18.02.93; Опубл. 28.06.94.

18. Les techniques de depollution / Chapuis Renaud, Roudger Pascal. // Face risque.-1995.-№ 31 l.-C. 13-15.

19. Verfachren zur Reeinigung. Von kontaminiertem Boden Sowieeine mobile Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens. Заявка 4407368 ФРГ, МКИ , A62 Д 3/00, B03B9/06/ Mailer Wilhelm- № 4407368.2; Заявл. 05.03.94; опубл. 07.09.95.

20. Unter dem Diktat der leeren Kassen / Schuster E. //Chem. Ind. 1995. - 118. №9. -C. 41-43.

21. Process for the removal of heavy metals from contaminants; Пат. 5347071 США, МКИ C02 F 11/14 / Moriya Massafiimi, Yjsoda Kasuo; Miyoshi Yushi К. K. -№ 930879; Заявл. 03.11.92; Опубл. 13. 09. 94; Приор. 20.12.89, № 330089.

22. Procede de decontamination de sols pollues par des metaux lourds: Заявка 2696663 Франция, МКИ B09 B5/00. C22 В 3/14 / Rambeau Odile, Martin Guy, Guilleme Michel; ELF Aguitaine Production. №9212124; Заявл. 12.10.92; Опубл. 15.04.94.

23. Method of detoxification and stabilization of soils contaminated with chromium ore waste: Пат. 5304710 США, МКИ В 09 В 3/00 / Kigel Mark Y., Shultis J. F., Goldman E.S., Demytrik M.K.; Envar Sesvices, Inc-№19089; Заявл. 18.02.93; Опубл. 19.04.94.

24. Механизм экстракции для извлечения кадмия из почвы. / Xiong L, Lu R. //Environ. Chem. 1992. - 11, № 3. - С. 41-47.

25. Борзенков О. А., Сидоров Д. Г. Использование биологических методов для борьбы с нефтяными загрязнениями почвы// Наука в России.- 1993. № 5 6.

26. HaIs В. Olverschmutzungen biologisch behandeln// Umwelt. 1993. - 23, №4.-С. 178,180.

27. Verfahren zur mikrobiologis Bodenrei nigung: Заявка 4129363 ФРГ, МКИ5 Д 3/00, С 12 S 9/00 Beyer Michael, Schulz Peter; Bergwerkverb GmbH. -№4129363.0; Заявл. 04.09.91; Опубл. 11.03.93.

28. Назаров А.Д., Наливайко Н.Г. Рекультивация нефтезагрязненных вод и почв. Микробиологический аспект новые биопрепараты. //Основные проблемы охраны геологической среды; Инф. Матер./ Томск. Гос. Ун-т. -Томск, 1995.-С. 136-137.

29. Способ и устройство для санирования почвы, загрязненной маслами; Заявка 4111868 ФРГ, МКИ5 А 62 Д 3/00/ Bege Dietmar, Moricet Marcel; Siemens AG.-№4111868.5; Заявл. 11.04.91; Опубл. 15.10.92.

30. Boden, Schlammen und oder anderen Feststoffen: Заявка 4111121 ФРГ, МКИ5 A 62 Д 3/00, C12 S 9/00/ Rockelein Michael, Schies Ursula, Nowack Herbert; Preussag Noel Wassertechnik GmbH. № 4111121.4. Заявл. 03.04.91.; Опубл. 08.10.92.

31. A.C. 1801981 СССР, МКИ5 / Трифонов С.Я., Ершов А.И./ Способ борьбы с нефтезагрязнениями; Изобрет. № 4923582. Опубл. 15.03.93. Биллют. 10.

32. Способ промывки загрязненных материалов, в частности загрязненных почв и передвижная установка для осуществления способа: Заявка 4407368 ФРГ, МКИ6 А 62 Д 3/00, В 03 В9/06/. Mullen Wilhelm, № 4407368.2; Заявл. 05.03.94; Опубл. 07.09.95.

33. Бойкова И.В., Конев Ю.Е. Микробиологическая очистка воды и почвы от нефти и нефтепродуктов. // Интродукция микроорганизмов в окружающую среду. -М, 1994. С. 12-13.

34. Роль микрофлоры в защите почвы от агропроизводственных загрязнений /Мильто Н.И., Карбанович А.И.; Ред. П.А.Буланов; АН БССР Ин-т микробиологии // Наука и техника. Минск, 1984 - с. 133.

35. Роль муравьев Formica cinerea Mayr в самовосстановлении нефтезагрязненных почв сосновых фитоценозов Брянской области: Автореф. дис. канд. биол. наук: 03.00.16- экология/ И. JI. Прокофьев;

36. Брян. гос. инж.-технол. академия, МСХА им. К. А. Тимирязева. М., 2005.-с. 22.

37. Ксенофонтов Б.С. Очистка воды и почвы флотацией // Новые технологии. М., 2004.

38. Ильин В.И., Колесников В. А, Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. М., 2003. - с. 103.

39. Аринушкина Е. А. Химический анализ почв и грунтов. М.,1952. - С. 7, 36-39.

40. ГОСТ 17.4.4.02-84. Издательство стандартов, 1986.

41. ГОСТ 28168-89. Издательство стандартов, 1993.

42. Вараксин С.О. Разработка технологии извлечения ионов Ni2+, Cd2+, Sn2+ из промывных вод гальванических производств электрофлотацией с нерастворимыми анодами. Дис. канд. техн. наук./ РХТУ им. Д.И. Менделеева- М., 1988.-е. 165.

43. Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., 1989.-е. 448.

44. Вода: Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам: Справочник/ Г.С. Фомин, М., 2000. 3-е изд. а-ил. (Междунар.стандарты - народному хозяйству России).

45. Воловодов А.И. Отработка электрохимических методов анализа определение ХПК нефтепродуктов и ПАВ. Диплом. РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 2001.

46. ГОСТ 26423-85 ГОСТ 26428-85. Почвы. Методы определения катионно-анионного состава водной вытяжки. Издательство стандартов, 1985.61.ПНДФ 14.1:2.22-95.

47. Панов В.А. Изучение группового всплывания пузырей водорода, образующихся при электролизе / Электрохимия. 1985 - Т. 21, № 3.

48. Писарев Ю.И. Экология мегаполиса Москвы. М., 2004.

49. Назаренко В.А., Антонович В.П., Невская Е.М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах // Атомиздат. М., 1979.

50. Люрье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии //Химия. -М.,1989-с.448.

51. Цупак Т.Е. Лабораторный практикум по коррозии и защите металлов // РХТУ им. Д.И.Менделеева. -М. 2001, с. 172.

52. Гуминовые вещества в биосфере. Сборник статей // Наука М., 1993.

53. Дятлова Н.М., Тёмкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов // Химия М., 1988. - с. 540.

54. Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Труды II Всесоюзного совещания/Ред. Ц.И. Бобовникова; Гос.ком.СССР по гидрометеорологии и контролю // Гидрометеоиздат. Л., 1980. - с. 249.

55. Теоретические положения землеустройства загрязненных террирорий/ В. В. Вершинин. -Волгоград: Станица-2, 2003.-178 с.:а-ил; 21. Библиогр.: с. 158-178 (247 назв.). - ISBN 5-93567-077-1.

56. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами // Наука. 1977 - с. 356.

57. Коваленко Ю.А., Коварский Е.Я., Кондриков Е.М. Исследование извлечения гидроксидов тяжелых металлов //Химия и технология воды-1980.-Т. 2, №1.-С. 8-12.

58. Способ удаления комплексов тяжелых металлов из сточных вод //А. С. 240175 ЧССР, ММ С 02 F 1/52. Способ удаления комплексов тяжелых металлов из сточных вод.

59. Пааль JI.Л., Кару Я.Я., Мельдер Х.А., Репин Б.Н. Справочник по очистке природных и сточных вод // Высшая школа. М., 1994. - с 336.

60. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.Н. Технология электрохимической очиски воды. Л., 1987. - с 312.

61. Мамаков А.А. Разделение жидких неоднородных систем электролитической флотацией.// Электронная обработка материалов. -1977.-№ 5.-С.41-49.

62. Матов В. М. Электрофлотационная очистка сточных вод. Кишинев, 1982.-с. 170.

63. Колесников В. А., Кокарев Г. А., Чепчугова М. А. и др. Электрохимический метод доочистки сточных вод цехов гальванопокрытий от ионов цветных металлов //Технологические аспекты охраны окружающей среды: Тез. докл. научно- техн. конф. Пенза, 1989.

64. Шалыт Е.А. Разработка локальной очистки промывных вод гальванических линий от ионов тяжелых металлов с использованием электрофлотатора с электрокорректором рН,// Дисс. канд. тех. наук. РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1990.

65. Степанова И.А., Заяц А.И., Костромина Н.А. Состав тартратных комплексов меди // Ж.н.х- 1975, т.20, вып.1. - С. 136-140.

66. Норкус Э.П. Состояние ионов Cu(II) в щелочных растворах химического меднения. Дисс. . канд, хим. наук. Вильнюс, 198.-с. 171.

67. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник // Химия. -Ленинград, 1977. с. 376

68. Дерягин Б.В., Духин С.С., Рулев Н.Н. Микрофлотация. М, 1986. - с. 112.

69. Бек М. Химия равновесий реакций комплексообразования // Мир. М., 1973.-с. 360.

70. Панов В.А. Изучение группового всплывания пузырей водорода, образующихся при электролизе / Электрохимия. 1985 - Т. 21, № 3.

71. Рекус И.Г. ДИорина О.С. Основы экологии и рационального природопользования // МГУП. 2005. - с. 166.

72. Глухов В.В., Некрасова Т.П. Экономические основы экологии: Учебник для вузов. 3-е изд.// Питер. 2003. - с. 384.1. Загрязненная почва

73. Мм^к>■■ |1>>ичГл паот-впп nk-l s О С . Ч П1 со 32 а