Введение к работе
Актуальность темы. Постоянное антропогенное воздействие на природу приводит к нарушению экологического равновесия в природе. Урбанизация и сопутствующие ей факторы (развитие потребительского общества, легкомысленное отношение к экологии, колоссальное использование природных ресурсов при малом проценте восстановления) приводят к истощению природных ресурсов, а также к грандиозным по своим масштабам техногенным катастрофам, так или иначе затронувшим население всей планеты. Одной из основных экологических проблем является переизбыток отходов как бытового, так и промышленного происхождения, главным источником которых можно назвать ТЭК. Это подтвердили последние события, произошедшие на АЭС «Фукусима 1», а также события 25-летней давности, произошедшие на ЧАЭС.
Любая отрасль энергетики использует огромное количество природных ресурсов, что приводит к образованию большого количества органических и неорганических отходов. Часть отходов выделяется в атмосферу, часть сбрасывается в гидросферу, но в любом случае они наносят непоправимый ущерб окружающей среде.
Для очистки гидросферы и литосферы от вредных соединений используют механические, физико-химические и биологические методы очистки. Существующие методы показали свою эффективность, но в настоящий момент не обеспечивают кардинального решения этой проблемы, вызванной возрастающими объемами промышленных отходов в связи с бурным развитием энергетики в последние годы. Проблемой являются также значительная трудоемкость и стоимость утилизации отходов (например, процесс очистки грунтовых вод путем непосредственного выкачивания загрязненного объема почвы). Именно поэтому возникает необходимость разработки в этой области новых более эффективных технологий очистки биосферы от загрязняющих веществ.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов применения наноразмерного нуль-валентного железа для очистки водной среды от загрязняющих веществ, образующихся на энергетических объектах. Для реализации указанной цели были определены следующие задачи:
анализ вредных факторов, воздействующих на водную среду в результате деятельности энергетических предприятий;
анализ основных наноматериалов, пригодных для очистки водной среды;
выбор на основании такого анализа наиболее эффективного нано-материала — наноразмерного нуль-валентного железа (ННВЖ);
изучение основных свойств ННВЖ и разработка способов его применения для очистки грунтовых вод от загрязняющих веществ и радиоактивных элементов;
разработка методологии компьютерного моделирования процесса очистки с использованием ННВЖ.
Научная новизна работы:
-
Показана возможность применения наноструктурных материалов для защиты окружающей среды от загрязняющих веществ.
-
В результате анализа различных наноматериалов рекомендовано применение наноразмерного нуль-валентного железа для очистки водной среды.
-
Предложены способы очистки с помощью нуль-валентного железа грунтовых вод от радиоактивных элементов.
-
Разработана методика расчетного моделирования процесса очистки грунтовых вод на основе применения нуль-валентного железа.
Практическое значение работы. Водная среда является одним из критически важных компонентов биосферы, обуславливающих само существование жизненных форм на планете. Загрязнение водной среды относится к наиболее трудным для очистки видам загрязнений по следующим причинам: тру дно доступность отдельных элементов гидросферы (например, грунтовых вод в почвенном слое) для очистки традиционными мето-
дами; большие финансовые и энергозатраты; неспособность стандартных систем очистки справиться с постоянно усложняющимся химическим составом новых загрязнителей. Применение наноструктурных материалов в качестве реагентов для очистки, а также в качестве основы для построения комплексных очистных систем позволяет эффективно решить часть из отмеченных задач. Применение вычислительных средств для прогнозирования адсорбции загрязнителей водной среды наноструктурными материалами, в частности, ННВЖ позволяет значительно сократить затраты на проведение полевых экспериментов, а также снизить риски от предполагаемого негативного воздействия наноматериалов на окружающую среду. На защиту выносятся следующие научные результаты: —методы очистки водной среды с помощью наноструктурных материалов;
применение наноразмерного нуль-валентного железа для очистки водной среды;
методика расчетного моделирования процесса очистки грунтовых вод с помощью ННВЖ.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научном семинаре кафедры «Теплоэнергетические установки» Московского государственного открытого университета, на научно-техническом семинаре Академии промышленной экологии, на Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии и наноматериалы», г. Москва, 2009 г., на IV Международной научно-практической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии», г. Липецк, 2010 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 5 статей, в том числе 3 статьи - в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 72 наименований, и приложения. Общий объем диссертации составляет 138 страниц, в том числе 30 рисунков.
