Содержание к диссертации
Введение 1
Глава 1. Литературный обзор 6
Активированные угли в сорбционной очистке сточных вод 6
Традиционные методы обработки сточных вод предприятий молочной 9 промышленности
Характеристика сточных вод молочных комбинатов как источника 13 загрязнения поверхностных вод
Состав молока 15
Влияние сточных вод молочных комбинатов на водные экосистемы 21
Загрязнение водных объектов белгородской области 23
Глава 2. Объекты и методы исследований 29
2.1 .Объекты исследования 29
2.1.1 .Образование дефеката при производстве сахара 29
Физико-химические характеристики исходного дефеката 30
Рентгенофазовый анализ исходного дефеката 32
Сточные воды молочных комбинатов 33 2.2. Методы исследований 34
Глава 3. Исследование физико-химических свойств ТД и 42
определение оптимальных условий водоочистки
3.1 Получение термически модифицированного дефеката 42
3.2. Определение влияния температуры обжига дефеката на рН и 43
электропроводность водной вытяжки
3.3 Влияние температуры обжига на размер частиц и величину удельной 44
поверхности дефеката
3.4. Термогравиметрические исследования 46
3.5 Электрокинетические свойства частиц дефеката 49
Определение модификации углерода на поверхности ТД 50
Исследования УДТ в инфракрасном спектре 51
Взаимодействие ТД и УТД с йодной водой 52
Определение сорбционной емкости ТД и УТД по метиленовому голубому 53
3.10 Исследование микроструктуры полученных сорбентов 55
Зависимость эффективности очистки сточных вод 56 от размера частиц сорбентов
Зависимость эффективности очистки от температуры и времени обжига 58 дефеката
Зависимость эффективности очистки от количества сорбента 59
f\(\
3.14 Зависимость эффективности очистки сточных вод от жиров от температуры
сточных вод
3.15 Зависимость эффективности очистки от рН сточных вод
3.16 Зависимость эффективности очистки сточных вод от времени взаимодействия 62 сорбента со сточными водами
3.17 Исследование эффективности очистки термически модифицированным 63
дефекатом компонентов сточных вод молокоперерабатывающих предприятий
3.18. Исследование коллоидно-химических особенностей процесса очистки 65
сточных вод
3.19 Предполагаемый механизм процесса очистки 69
Глава 4. Утилизация шлама водоочистки и разработка 75
технологической схемы очистки сточных вод
Использование отработанного ТД в производстве цементного клинкера 75
Испытание ТД на реальных стоках и разработка технологической схемы 80 очистки
4.2.1. Исследование процесса очистки сточных вод термообработанным 80
дефекатом в производственных условиях
4.2.2. Разработка технологической схемы очистки 82
Глава 5. Расчет предотвращенного экологического ущерба 84
Расчет капитальных затрат на внедрение сорбционного материала 84
Определение себестоимости продукта 86
Расчет предотвращенного экономического ущерба от загрязнения водохозяйственного участка
Расчет экономической эффективности комплекса природоохранных 90 мероприятий
Выводы 92
Список использованных литературных источников 95
Приложения 115
Введение к работе
Актуальность темы. Адсорбционные методы извлечения
растворенных веществ из промышленных сточных вод получают все большее применение, так как позволяют достигнуть высокой эффективности очистки. Адсорбционная очистка позволяет исключить или значительно интенсифицировать последующие стадии биологической очистки сточных вод.
В многокомпонентных системах сложного состава, содержащих
разнообразные классы соединений, таких как анионные, катионные и
неионогенные ПАВ, белки, жиры, аминокислоты эффективно
использование сорбционных методов очистки. Примером подобных систем являются сточные воды предприятий молочной промышленности, которые представляют собой устойчивые эмульсии, трудно поддающиеся очистке.
Традиционно используемым сорбентом является активированный уголь. Активированный уголь имеет относительно высокую стоимость, что удорожает процесс очистки. Отработанный сорбент необходимо регенерировать или утилизировать, что связано с дополнительными затратами.
В сахарной промышленности образуются отходы, обладающие комплексом физико-химических свойств, позволяющих использовать их в качестве сорбентов. Примером такого отхода является осадок, образующийся в производстве сахара - дефекат, состоящий из тонкодисперсных частиц СаСОз с примесью органических веществ. Дефекат в результате термообработки при определенных условиях может образовать активный слой углеродистых частиц, обладающий высокими сорбционными свойствами.
Для получения эффективного и недорогого сорбента необходимо провести исследования физико-химических свойств дефеката, что позволит расширить круг веществ, используемых в промышленности для очистки сточных вод. Поэтому задача поиска эффективных сорбентов, в том числе и на основе отходов промышленности, является актуальной.
Целью данной работы является получение эффективного сорбента на основе термодеструктурированного дефеката - отхода сахарной промышленности и изучение его коллоидно-химических свойств в процессе очистки сточных вод молочной промышленности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
получение термически модифицированного дефеката (ТД), обладающего свойствами сорбента;
изучение физико-химических свойств ТД с целью использования его в водоочистке;
исследование коллоидно-химических и сорбционных особенностей процесса очистки модельных и технологических сточных вод с помощью ТД;
разработка схемы технологического процесса очистки СВ;
оценка возможности утилизации вторичных отходов водоочистки.
Научная новизна работы.
1. Обоснована теоретически и доказана экспериментально
возможность получения сорбента путем термической модификации
дефеката — отхода сахарной промышленности для очистки сточных вод,
основанная на протекании процессов деструктуризации остатков
органических веществ и образовании на поверхности частиц дефеката
высокоразвитого углеродного слоя.
2. Определены оптимальные условия получения сорбента на основе
дефеката, заключающиеся в обжиге в диапазоне температур 580...600С в
течение 30 мин.
Установлено, что углеродный слой, образующийся в процессе термической обработки дефеката, содержит углерод различных модификаций и обладает высокой сорбционной активностью.
Исследован механизм сорбционного взаимодействия различных веществ карбонизованной поверхностью дефеката. Выявлено, что для органических кислот (на примере молочной кислоты) взаимодействие может протекать по типу физической адсорбции с одновременным протеканием процесса нейтрализации. Адсорбция аминокислот (на примере аспарагина) может протекать как по физическому, так и по химическому механизмам. Осаждение жировых частиц протекает вследствие гидрофобного взаимодействия этих частиц с поверхностью углеродного слоя ТД.
Установлено, что процессы адсорбции адекватно описываются уравнениями Ленгмюра. Рассчитаны константы адсорбции и термодинамические параметры изотерм сорбции, которые подтверждают физическую природу адсорбции молочной кислоты углеродом на поверхности ТД и физико-химическую при адсорбции аспарагина на поверхности ТД.
Практическая значимость работы. Разработан способ получения эффективного сорбента для очистки сточных вод на основе ТД с средним размером частиц около 1 мкм, плотностью 2720 кг/м , удельной поверхностью 72,2 м7г, емкостью по метиленовому голубому 116 мг/г, и эффективностью очистки модельных и технологических вод 85% при исходном показателе химического потребления кислорода (ХПК) 300 мг О/л. Доказана высокая эффективность использования ТД в практике водоочистки.
Разработана технологическая схема очистки сточных вод молокоперерабатывающих предприятий (МП) с использованием ТД.
Предложен способ утилизации осадков водоочистки в качестве известковой добавки при производстве цементного клинкера. При
4^ этом установлено, что использование шлама водоочистки в качестве известкового компонента не приводит к изменению структуры и качества получаемого цемента.
Результаты исследований используются в учебном процессе при выполнении УНИРС, дипломных проектов студентами специальностей 28.02.01 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и 28.02.02. «Инженерная защита окружающей среды».
Предлагаемый способ очистки апробирован на МУП «Горводоканал» г. Алексеевка и ОАО «Волоконовский МКК», принят к внедрению на ОАО «Ника», ОАО «Волоконовский МКК». Рассчитанный предотвращенный экологический ущерб от внедрения предлагаемого способа водоочистки и утилизации осадков на примере ОАО «Волоконовский молочно-консервный комбинат» (Волоконовский МКК) составит 1195 тыс. руб/год при расходе сточных вод 85000 м /год. На защиту выносятся:
способ получения сорбента путем термического деструктурирования дефеката;
коллоидно-химическое обоснование особенностей процесса водоочистки при использовании ТД;
технические решения по снижению загрязнения водных объектов путем повышения эффективности очистки сточных вод молокоперерабатывающих предприятий;
- результаты исследований по утилизации осадка водоочистки при
производстве цемента в качестве известковой добавки.
Апробация. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: Das Internationale Symposium «Euro-Eco, Hannover 2006» 1-2 Dezember 2006; «9-th conference of junior researchers Science — the Future of Lithuania. Environmental protection engineering». 2006; международной научно-практической конференции «Экология и здоровье
5
человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов»
(5-9 июня 2006 г. г. Щелкино, Украина); международной научно-
практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана
воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (4-8июня 2007 г,.
г. Щелкино, Украина); международной научно-практической
конференции. «Научные исследования, наносистемы и
ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», Белгород, 2007; міжнародної наукової конференції студентів та молодих вчених ВТНЗ «Интеграціині процеси та інноваційні технологи у світовому та національному вимірі. Досягнення та перспективи технічних наук», Харьков, 2008 г; международной научной конференции «Геосистемы: факторы развития, рациональное использование, методы управления», Туапсе, 2008, международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (июнь 2008 г., г. Щелкино, Украина).
Публикации. Основные положения работы изложены в 16 печатных работах, включая 1 статью в издании, рекомендованном ВАК России.
Личное участие автора выразилось в теоретическом обосновании проблемы, постановке и решении задач исследования, постановке эксперимента, обработке и интерпретации экспериментальных результатов; апробации способа очистки сточных вод ТД в лабораторных и производственных условиях; определении качественных характеристик, выявлении коллоидно-хмических и сорбционных особенностей процесса очистки, разработке технологической схемы очистки сточных вод с использованием дефеката; утилизации осадка водоочистки.
