WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Адсорбционная технология для биохимической очистки сточных вод коксохимического производства

-- [ Страница 1 ] --

Козлов Константин Александрович

«Адсорбционная технология для биохимической очистки сточных вод коксохимического производства»

03.00.16

технические науки

Д 212.063.02

Ивановский государственный химико-технологический университет

153000, Иваново, пр-т. Ф. Энгельса, 7, ИГХТУ

Тел: (4932) 32-54-33

Email: dissovet@isuct.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации – 17 декабря 2007 года

на правах рукописи

КОЗЛОВ Константин Александрович

адсорбционная технология

для биохимической очистки сточных

вод коксохимического производства

Специальность 03.00.16 – Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ИВАНОВО 2007

Работа выполнена на кафедре химии Воронежской Государственной Лесотехнической Академии.

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Бельчинская Лариса Ивановна
Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Манохин Вячеслав Яковлевич, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Доктор технических наук, доцент Невский Александр Владимирович, Ивановский государственный химико-технологический университет
Ведущая организация: Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, г. Москва

Защита состоится « 17 » декабря 2007 г. в часов в аудитории на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

Д 212.063.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Ивановский государственный химико-технологический университет” по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Ивановский государственный химико-технологический университет” по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Гришина Е.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Разработка эффективных способов регулирования процессов активации и модификации природных минеральных сорбентов с целью их дальнейшего применения для повышения степени очистки сточных вод, имеет важное теоретическое и прикладное значение как одно из направлений минимизации выбросов производства. Качество воды после биохимической очистки не соответству­ет предельно допустимой величине загрязняющих веществ в сбросах и регулирование такого процесса является сложной задачей из-за большой чувствительности микроорганизмов к изменению состава сточных вод. Поэтому совершенствование существующего способа биохимической очистки сточных вод коксохимического производства является актуальной задачей. Эффективность биохимической технологии может существенно повыситься при использовании комплексной очистки, сочетающей биологический и сорбционный процессы. В качестве сорбента целесообразно использовать индифферентные к микроорганизмам и окружающей среде материалы, к которым относятся алюмосиликатные минералы.

Настоящая работа включает теоретические обоснования, результаты экспериментальных исследований по изучению структурных и адсорбционных характеристик слоистых силикатов, регулированию процессов их активации и модификации и технологические решения по применению полученных форм активированных минералов для очистки сточных вод от органических соединений.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом исследований Воронежской Государственной Лесотехнической Академии, ГРАНТом РФФИ № 04-03-32857 “Физико-химические основы модифицирования природных сорбентов”.

Цель работы – разработка научных основ комбинированной биохимически-адсорбционной очистки сточных вод коксохимического производства.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  • изучение влияния активации и модификации монтмориллонита и каолинита на структурные и адсорбционные характеристики;
  • определение термодинамических параметров адсорбции органических соединений на активированном и модифицированном монтмориллоните методом газовой хроматографии;
  • выбор наиболее эффективного сорбента с учетом специфики технологического процесса очистки сточных вод коксохимического производства;
  • разработка принципиальной схемы комбинированной биохимически-адсорбционной очистки сточных вод коксохимического производства от фенолов и роданидов и способа адсорбционной доочистки вод после биохимической установки (БХУ);
  • расчет эколого-экономической эффективности применения комбинированного метода очистки.

Научная новизна работы заключается в следующем:



- изучены структурные и поверхностные изменения монтмориллонита и каолинита в результате активации и модификации методами ИК-спектроскопии и дериватографического анализа;

- установлена зависимость адсорбционных свойств монтмориллонита и каолинита от продолжительности кислотной активации и от вида обменного катиона при солевой модификации;

- апробирована методика изучения сорбционного взаимодействия при различной степени заполнения поверхности в области нелинейной изотермы, основанная на хроматографическом детектировании веществ;

- определены термодинамические характеристики адсорбции бензола, гексана и циклогексана;

- определена зависимость времени ионного обмена от концентрации модифицирующего раствора;

- рассчитаны оптимальные условия химического модифицирования слоистых силикатов;

- получены адсорбционные и структурные характеристики монтмориллонита, активированного 80% ортофосфорной кислотой.

Практическая значимость:

- разработана принципиальная схема комбинированной (биохимически-адсорбционной) очистки сточных вод коксохимического производства с использованием активированного сорбента монтмориллонита, позволяющего повысить степень очистки загрязненной воды в два раза;

- разработан способ адсорбционной доочистки сточной воды после БХУ коксохимического производства позволяющий снизить содержание фенола и роданидов ниже уровня ПДК рыбохозяйственных нормативов;

- разработанная схема комбинированной очистки реализуется с минимальными затратами при модернизации существующего цикла БХО и исключает необходимость дополнительной очистки сточных вод от фенолов и роданидов.

- определено необходимое количество монтмориллонита и ортофосфорной кислоты для внедрения разработанного способа очистки в производство;

- рассчитана величина предотвращенного экологического ущерба, которая при среднегодовом расходе сточной воды, равном 1 560 тыс. м3, составляет 32,2 млн.руб.;

- возможность реализации предложенного способа комбинированной биохимически-адсорбционной очистки сточных вод подтверждается экспертным заключением технических специалистов металлургического комбината.

На защиту выносятся:

  • способы активации и модификации глинистых минералов (монтмориллонита и каолинита);
  • определения адсорбционных, термодинамических и ионообменных характеристик модифицированных и активированных алюмосиликатных сорбентов;
  • выбор эффективного сорбента с учетом специфики технологического процесса очистки сточных вод коксохимического производства;
  • расчет эколого-экономической эффективности разработанного адсорбционного технического решения, включенного в комбинированный способ биосорбционной очистки сточных вод от фенола и роданидов.

Личный вклад автора. Вклад автора заключался в определении целей и задач работы, постановке исследований, проведении теоретических и экспериментальных работ, разработки прикладной части и оценки ее эколого-экономической эффективности.

Достоверность проводимых исследований: подтверждается результатами экспериментальных исследований. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на корректном использовании статистических методов обработки результатов, подтверждающихся воспроизводимостью и согласованностью лабораторных, экспериментальных данных и результатов, полученных в ходе проведенных научных исследований.

Методы исследования: хроматография, гравиметрия, дериватография, ИК-спектроскопия и химический.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Х Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии» (Москва-Клязьма, 2006); II Всероссийской научной конференции с международным участием «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья» (Белгород, 2006); III Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах (Фагран-2006)» (Воронеж, 2006); ХI Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва-Клязьма, 2007); XI Международная конференция «Физико-химические основы ионообменных процессов (ИОНИТЫ-2007)» (Воронеж, 2007).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 3 статьях опубликованных в изданиях рекомендованных ВАКом, 6 в сборниках научных трудов и 6 тезисах докладов.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка цитируемой литературы, включающего 150 источников, приложения. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунка, 38 таблиц и 9 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В главе обобщены литературные данные о современном состоянии окружающей среды, об источниках техногенного воздействия и их влияния на экологическую ситуацию Липецкой области.

Рассмотрены существующие способы очистки сточных вод металлургических производств, изложены традиционные и альтернативные способы очистки.

Описана область применения адсорбционных процессов в природозащитных технологиях.

2. объекты и методики исследования





Объектом исследования является сточная вода содержащая: смолистых и маслянистых примесей – 500 мг/дм3; фенолов – 400 мг/дм3; роданидов – 400 мг/дм3; цианидов – 50 мг/дм3; аммиака летучего – 200 мг/дм3; аммиака общего – 1000 мг/дм3; сероводорода – 100 мг/дм3; ароматических углеводородов – 100 мг/дм3; рН – от 7 до 9; ХПК не более 3000 мг О/дм3.

К объектам исследований относятся алюмосиликатные глины различного минерального состава. В основном они представлены двумя породообразующими минералами: монтмориллонит и каолинит.

Глинистые минералы, используемые для исследований, выделяли из различных участков месторождения Казинского и Михайловского осадочных пород Липецкой области.

Кислотная обработка – распространенный метод воздействия на структуру материала. Согласно результатам Ю.И. Тарасевича, Н.К. Надирова, Э.А. Арипова, Л.И. Бельчинской, наиболее сильным реагентом при прочих равных условиях является серная кислота. монтмориллонит и каолинит крупностью < 0,5 мм высушивали при температуре 130 С в течение двух часов. Высушенный материал смешивали с серной кислотой концентрацией менее 2,33 моль/л (20% масс.) в соотношении по массе 1:3 и активировали при непрерывном перемешивании и нагреве на водяной бане в течение часа. Полученную пульпу фильтровали с помощью вакуумного насоса через фильтр из синтетического волокна до pH = 4.

Технология катионзамещения заключалась в следующем: осадок после активации, промытый дистиллированной водой до рН = 4, заливают 0,1 М раствором катионита в соотношении 1 : 22 (объем) и ставят на электрическую мешалку ( = 2ч, Т = 55С). После чего его отфильтровывают и промывают до следов НСl (проверяют АgСl до появления слабой мути), а затем помещают в сушильный шкаф на 2 часа при 100 - 150С. В качестве растворов катионитов использовали следующие растворы солей: NaCl, KCl, CaCl2, BaCl2, MgCl2, NH4Cl.

Определение химического состава образцов проводилось методом рентгено-спектрального анализа на многоканальном рентгеновском спектрометре СРМ- 25.

Структурные изменения исследовали с помощью инфракрасного спектрального анализа и дериватографического анализа.

Методика проведения исследования адсорбции из растворов, на примере биохимической установки, в лабораторных условиях.

Методика проведения эксперимента основывается на воспроизведении существующей биохимической установки коксохимического производства в лабораторных условиях.

Биореактором служили стеклянные емкости объемом 250 мл. В процессе очистки в качестве биоорганизмов использовались культуры фенол- и роданразрушающих микроорганизмов. Для комбинированной очистки сточной воды производится добавка очищающего агента – активированной ортофосфорной кислотой монтмориллонитовой пульпы.

3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КИСЛОТНОЙ АКТИВАЦИИ И СОЛЕВОЙ МОДИФИКАЦИИ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНТМОРИЛЛОНИТА И КАОЛИНИТА

Выбор методов обработки природных слоистых силикатов для получения полусинтетических сорбентов основывается на кристаллохимическом строении минерала. Время активации является одним из факторов, влияющим на ионообменные свойства минералов.

Анализируя кинетическую зависимость полной обменной емкости монтмориллонита можно сделать следующие выводы: оптимальное время обработки минерала 20% серной кислотой – один час, когда полная обменная емкость (ПОЭ) повышается с 0,64 до 0,98 мг-экв/г. Более продолжительная обработка минерала серной кислотой несколько снижает ПОЭ, за шесть часов на 0,03 мг-экв/г, что может быть обусловлено некоторой нестабильностью Н-формы силикатов. Данное время обработки минералов (один час) является оптимальным для получения максимальной концентрации ионов водорода на поверхности минералов.

Химический состав исследуемых минералов (табл.1) существенно изменяется в результате кислотной активации. С увеличением времени обработки, наблюдается повышение содержания оксида кремния SiO2 (на 15-20%) и вытеснение из минерала щелочных и щелочноземельных металлов, железа и алюминия с образованием в структуре ненасыщенных валентных связей.

Содержание оксида алюминия снизилось при шестичасовой обработке монтмориллонита на 17,6 % в результате ионного обмена. Уменьшение содержания оксида железа в образцах МН1 (на 11%), МН6 (на 42%), КН1 (на 46%) и КН6 (на 54%) происходит вследствие его восстановления в процессе химической реакции до трехвалентного. Значительное изменение претерпевает оксид кальция: его содержание в монтмориллоните уменьшается на 57%, в каолините - КН1 на 89% и КН6 на 92%. Более интенсивное снижение оксида кальция в каолините, чем в монтмориллоните обусловлено тем, что в монтмориллоните кальций находится в межслоевом пространстве, что затрудняет его гидратацию, а в каолините кальций содержится только на поверхности в качестве наноса и легко смывается кислотой.

Таблица 1. Химический состав силикатов, % масс

Компонент

Природный (нативный)

Образцы, активированные 20% Н2SO4

Монтмориллонит

Каолинит

Монтмориллонит

Каолинит

МН1

МН6

КН1

КН6

SiO2, %

56,2

49,0



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.