Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и анализ существующих методов очистки. Достоинства и недостатки обеспечения экологической безопасности водного бассейна
Постановка задач исследований
Глава 2. Перспективы использования различных материалов для экологизации водной среды, методика проведения экспериментов, расчетов и методы исследования 33
Глава 3. Экспериментальные исследования очистки сточных вод, содержащих ноны цветных металлов, коагуля-цноннымн методами
Выводы к главе 3
Глава 4. Экспериментальные исследования очистки сточных вод, содержащих ноны молибдена (VI) и вольфрама (VI), ионообменными методами
Выводы к главе 4
Глава 5. STRONG Исследования сорбцпонных свойств семян бобовых и зерновых культур 169
Выводы к главе STRONG 5 184
Глава 6. Эколого-экоиомичсская эффективность технологии очистки сточных вод (на примере сточных вод ОАО «Керамический завод» РСО-Аланип) 186
Выводы к главе 6 190
Заключение 192
Литература 194
- Перспективы использования различных материалов для экологизации водной среды, методика проведения экспериментов, расчетов и методы исследования
- Экспериментальные исследования очистки сточных вод, содержащих ноны молибдена (VI) и вольфрама (VI), ионообменными методами
- Эколого-экоиомичсская эффективность технологии очистки сточных вод (на примере сточных вод ОАО «Керамический завод» РСО-Аланип)
Введение к работе
Актуальность темы
Перспективы использования различных материалов для экологизации водной среды, методика проведения экспериментов, расчетов и методы исследования
В процессе очистки сточных вод применялись следующие материалы: коагулянты - сульфат алюминия и алюмо-органический коагулянт (АОК), ионообменная смола АМП и сорбенты - семена бобовых и зерновых культур и продукты их переработки.
Сульфат алюминия
Сульфат алюминия является одним из самых распространенных коагулянтов, применяемых в промышленности.
Производится сульфат алюминия (сернокислый алюминий) обработкой H2SO4 сырой обожженной глины (каолин, бокситы, нефелин и др.) с последующей фильтрацией раствора, упаркой и кристаллизацией. Сульфат алюминия выпускается в двух модификациях: очищенный и неочищенный.
Очищенный сульфат алюминия содержит 13,5 - 28,5 вес. % АЬОз, при этом допускается содержание нерастворимых примесей до 3,1 вес. % [11]. Алюмо-оргашіческий коагулянт (АОК) [119]
Алюмо-органический коагулянт (АОК), используемый при очистке сточных вод был получен следующим образом.
Через смесь алюминиевой стружки с дистиллированной водой, пропускали полученную в лабораторных условиях пылегазовую смесь, соответствующую по составу смеси отходящих газов агломерирующего обжига свинцовых концентратов и плавки свинцовых аккумуляторов до стадии очистки.
В состав пылегазовой смеси входили оксиды тяжелых металлов (PbO, ZnO и другие), оксиды серы и азота, а также такие органические составляющие, как: углеводороды нефти 17,00 г/дм3, в т.ч.: ксилол - 0,12 г/дм3 и бензол - 1 г/дм3. Значительное количество органических составляющих пылегазовой смеси связано с содержанием таких органических соединений, как полипропилен, эбонит, поливинилхлорид в отходах переработки аккумуляторов.
Раствор, полученный в этих условиях, имел следующий состав, г/дм :
А1 Fe Босщ в т.ч. S042 ХПК Pb Zn рН 0,685 0,041 11,71 9,19 5,0 н/о н/о 2,5
где ХПК - химически превращенный кислород, который определяет наличие в растворе восстановителей, в данном случае растворенной органики и восстановленных форм серы.
Из данных химического состава раствора видно, что сульфатная сера с ионом алюминия (III) находится в молярном соотношении 3:2, что соответствует составу соли AbtSO. .
Полученный раствор назван алюмо-органическим коагулянтом (АОК) и был опробован для очистки сточных вод.
Особенностью анионита АМП является высокая механическая прочность, что особенно важно для сорбционного извлечения металлов.
В практике промышленного применения ионообменных смол отмечены случаи их разрушения под воздействием различных реагентов и температуры.
В связи с этим были проведены исследования по изучению устойчивости анионита АМП в кислых и щелочных средах [122].
Анионит АМП обрабатывали в течение суток в 0,1н растворах НС1 (СГ) и NaOH (ОН-), а также в дистиллированной воде (НгО). Влияние предварительной обработки на структуру анионита изучали методом инфракрасной спектроскопии (ИК). ИК - спектры исходного анионита и анионита при различной предварительной обработке приведены на рис. 2.1. На всех спектрограммах независимо от предварительной обработки анно-нита, в интервале полос 1355 - 1450 см"1, наблюдается смещение и увеличение пиков, характеризующих деформационные колебания С - Н - связи СНг и СНз групп. В интервале 2800 - 3000 см"1 наблюдаются интенсивные полосы, характеризующие аптасимметричные и симметричные валентные колебания СН2 групп. Также был обнаружен пик при v = 1050 см"1, характеризующий колебания кольца N - метилпиридинов, в спектрах (3, 4) происходит его смещение до v = 1062,5 см"1.
Наиболее сильные зоны поглощения воды отмечены при частотах 3300 -3500 см"1 [123, 124].
Внеплоскостные деформационные колебания С - Н - монозамещенного бензольного кольца обнаружены на всех спектрах в интервале частот 712,5 -737,5 см"1 [125, 126].
На спектрограммах образцов (1, 2, 3) были обнаружены полосы в интервалах частот 1125 - 1138 и 1337 - 1338 см-1, характеризующие плоскостные деформационные колебания ОН - спиртовых групп, отсутствующие на спектрограмме образца (4). Та же закономерность наблюдается для валентных колебаний С-С - бензольных колец v = 1187,5 см"1.
Плоскостные деформационные колебания С - Н дизамещенного бензольного кольца наблюдаются в образцах (1, 2) при v = 925 см"1, а в образце (3) v сдвигается до 962,5 см". В образце (4) данный пик отсутствует.
Внеплоскостные деформационные колебания С - Н дизамещенного бензольного кольца 821, 775 см"1 и пик, характеризующий валентные колебания С - N связи алифатических аминов 1120 см"1, обнаружен только в образцах (1,2).
Экспериментальные исследования очистки сточных вод, содержащих ноны молибдена (VI) и вольфрама (VI), ионообменными методами
Сорбционную очистку от молибдена (VI) осуществляли из растворов с исходными концентрациями: 98, 490 и 1618 мг/дм3 Мо (VI), что соответствует 1,02; 5,10 и 16,85 ммоль/дм3 Мо (VI).
На рис. 4.1 ив табл. 4.1 - 4.3 представлены результаты сорбции молибдена (VI) из раствора с исходной концентрацией 98 мг/дм3 Мо (VI), в процессе осуществлялась непрерывная коррекция рН до заданного исходного значения в течение 60 мин.
Из графиков рис. 4.1 и табл. 4.1 - 4.3 следует:
1. Сорбция Мо (VI) осуществляется за время т 60 мин в интервале 1 рН ПЗ.
2. Результаты сорбции Мо (VI) не зависят от предварительной обработки сорбента, однако, несколько лучшие результаты по кинетическим параметрам получены при водной и щелочной обработках сорбента.
3. За время контакта т 30 мин во всем исследованном интервале рН сорбционная обменная емкость одинакова и составила - СОЕ = 9,8 мг/г.
4. Лучшие результаты сорбции получены при следующих условиях: На рис. 4.2 и в табл. 4.4 - 4.6 представлены результаты сорбции молибдена (VI) раствора с исходной концентрацией 490 мг/дм3 Мо (VI), в процессе сорбции осуществлялась непрерывная коррекция рН до заданного исходного значения в течение 60 мин.
Из графиков рис. 4.2 и табл. 4.4 - 4.6 следует:
1. Сорбция Мо (VI) осуществляется за время т 60 мин в интервале 1 :рН 14.
2. Результаты сорбции Мо (VI) зависят от предварительной обработки сорбента - более глубокое извлечение Мо (VI) достигается при щелочной обработке сорбента (ОН-).
Лучшие результаты сорбции получены при следующих условиях: Способ предварительной т, мин рН СОСтМо, СОЕ, мг/г S, % представлены результаты сорбции молибдена (VI) из раствора с исходной концентрацией 1618 мг/дм3 Мо (VI). В процессе сорбции осуществлялась непрерывная коррекция рН до заданного исходного значения в течение 300 мин. в интервале времени 300 - 10080 мин. (7 суток) сорбция осуществлялась с коррекцией величины рН один раз в сутки.
Полученные результаты ионообменной сорбции ионов молибдена (VI) и вольфрама на анионите АМП обусловлены сложными физико-химическими процессами, протекающими как в растворах, так и в объеме сорбента.
Исследованиями установлено, что показатели сорбции зависят от исходной концентрации молибдена (VI) и вольфрама (VI) в растворе, величины рН, времени сорбции и предварительной подготовки сорбента.
Влияние всех перечисленных факторов неразрывно связаны между собой.
Влияние исходной концентрации молибдена (VI) на показатели сорбции выражено в том, что при увеличении исходной концентрации молибдена (VI) более четко выявляется интервал значений рН лучшей сорбции и появляются экстремумы, например, при концентрации молибдена (VI) 98 мг/дм3 (рис. 4.1, табл. 4.1 - 4.3) сорбция осуществляется практически во всем исследованном интервале величин рН = 1 - 13, при исходной концентрации молибдена (VI) 490 мг/дм3 (рис. 4.2, табл. 4.4 - 4.6) интервал рН = 5 - 12, а при концентрации молибдена (VI) 1618 мг/дм3 (рис. 4.3., табл. 4.7, 4.8) появляются четкие оптимумы значений лучших рН.
Эти особенности обусловлены следующими закономерностями.
Исходная концентрация 98 мг/дм3 или 1,02 10"3 моль/дм3 соответствует верхней границе существования в водных растворах мономерных форм молибдена (VI) [155]. При подкислении растворов молибдена (VI) с такой исходной концентрацией происходит протонизация мономерного иона М0О42" и в интервале рН = 1 - 13 существуют три основные мономерные формы: М0О42", НМо04" и Н2М0О4, образующиеся по следующим реакциям:
Мо042 + Н+ = НМо04; (4.1)
Мо042 + 2ЬҐ = Н2Мо04. (4.2)
В этом случае ионный обмен может протекать по следующему механизму:
Ионное состояние вольфрама (VI), так же как и молибдена (VI), в щелочной среде не изменяется при различных концентрациях, и вольфрам сорбируется в виде мономерного аниона W042". Емкость анионита при этом изменяется незначительно (СОЕ =21,9 -22,0 мг/г).
Верхняя концентрационная граница существования полимерных форм вольфрама (VI) в подкисленных растворах - 10"5 М [155], следовательно все исследованные растворы вольфрамата относятся к концентрированным.
Основной особенностью процессов, происходящих при подкислении концентрированных растворов молнбдата (рН 5 ) и вольфрамата (рН 8), является поликонденсация Ме04 с образованием полианионов молибдена и вольфрама. Процесс поликонденсации протекает по следующей реакции: nMe02"+2(n-a)H+=Men0 an a +(п-а)Н20; (4.4) где п - число атомов молибдена (VI) или вольфрама (VI) в полимерном ионе Меп0зп+а2а"; а - избыток атомов кислорода по сравнению с триоксидом в полимерном ИОНЄ Меп0зп+а2а Возникновение сложных анионных форм молибдена (VI) и вольфрама (VI) происходит в результате относительного недостатка кислородных атомов в растворе, содержащем сравнимые с молибденом и вольфрамом количества ионов водорода. В растворах молибдатов наблюдается некоторое снижение показателей v сорбции при рН = 4 - 6 и С„схМо = 490 и 1618 мг/дм за время меньше суток, что объясняется образованием крупных полимерных ионов молибдена по следующим реакциям:
Эколого-экоиомичсская эффективность технологии очистки сточных вод (на примере сточных вод ОАО «Керамический завод» РСО-Аланип)
Эколого-экономический эффект от природоохранных мероприятий различного назначения определяется величиной предотвращенного народнохозяйственного ущерба, выявляемого как на самом предприятии, так и в окружающей его среде.
Также на величину экономического эффекта влияет экономия от платежей природопользования за загрязнение водного бассейна. Выбор технологии очистки промышленных сточных вод заключается в принятии варианта с минимальными затратами на компенсацию негативного влияния существующих технологий на природную среду и максимальной прибыли от природосберегающих технологий.
Ущерб от воздействия промышленности на окружающую среду является комплексной величиной н представляет собой потери и затраты, возникающие в народном хозяйстве вследствие антропогенного воздействия объекта на природу.
Количество экологически опасных компонентов в сточных вод керамического завода и их ПДК приведены в таблице 6.1.
Оценка экономической эффективности природоохранных мероприятий определяется соизмерением затрат на осуществление природоохранных мероприятий и величины предотвращенного за счет этих затрат хозяйственного ущерба. В некоторых случаях при оценке экономической эффективности учитывается дополнительный эффект, полученный за счет утилизации отходов производства и их вторичного использования [196].
В нашем случае полный эколого-экономический эффект от внедрения технологической схемы очистки сточных вод с использованием алюмоорга-нического коагулянта выражается следующим уравнением:
Э = У + Д, (6.1)
Э - полный эколого-экономический эффект от природоохранных мероприятий (руб./год);
У - предотвращенный экологический ущерб, руб./т. Д - годовой прирост дохода от улучшения производственной деятельности, руб.
Предотвращенный экологический ущерб представляет собой оценку в
денежной форме возможных отрицательных последствий загрязнения вод ным ресурсам (материальные и финансовые потери и убытки в результате снижения биопродуктивности водных экосистем, ухудшения потребительских свойств воды как природного ресурса, дополнительных затрат на ликвидацию последствий загрязнения вод и восстановления их качества, а также выраженный в стоимостной форме вред здоровью населения) в результате проведения комплекса организационно-экономических, контрольно-аналитических и технико-экономических мероприятий по охране водных ресурсов.
Оценка величины предотвращенного экологического ущерба от загрязнения водных ресурсов проводится на основе региональных показателей удельного ущерба, представляющих собой удельные стоимостные оценки ущерба на 1 т приведенной массы загрязняющих веществ
У = (УУУТ,МП)-КЭ, (6.2)
Ууд - показатель удельного ущерба водным ресурсам, наносимого единицей приведенной массы загрязняющих веществ в рассматриваемом регио 188
не. По данным методики [197] принимаем показатель удельного ущерба для республики Северная Осетия - Алания - 8168,6 руб./т. (1,11 - коэффициент индексации на 2002 г. по данным Министерства охраны окружающей среды РСО-Алания).
Кэ - коэффициент экологической ситуации, для РСО-А Кэ = 1,17 [197].
М„ - приведенная масса загрязняющих веществ, не допущенных к сбросу, т.
Расчет приведенной массы загрязняющих веществ произведен в таблице 6.1.
Таблица 6.1 Приведенная масса загрязняющих веществ
№ Наименование загрязняющего вещества Количество загрязняющего вещества, т/год Коэффициент относит, эколого-экономнч. опасн. загрязн. вещ., К,8 Приведенная масса М, т/год
В процессе осуществления предлагаемой схемы очистки, сброс сточных вод в городскую канализацию не производится, так как очищенная вода поступает на водооборот. По технологии предлагаемой схемы не образуются осадки направляются на промышленную переработку. Поэтому ущерб от внедрения природоохранного мероприятия условно принимаем равным нулю.
Таким образом, предотвращенный экологический ущерб от загрязнения водных ресурсов сточными водами керамического завода
У= 8168,6 1,17-7152 = 68353537,834 руб./т. или 68353,54 тыс. руб./т.
В результате внедрения технологической схемы очистки сточных вод содержащих силикаты рис. 3.3., очищенная вода может быть возвращена в технологический процесс. Годовой прирост дохода от улучшения производственной деятельности в этом случае выражается в стоимости 80 % воды, возвращенной в производство и рассчитывается по формуле:
Таким образом, эколого-экономический эффект от внедрения технологической схемы очистки сточных вод по основным экологически опасным составляющим с использованием алюмоорганического коагулянта будет состоять из величины предотвращенного ущерба (68353,54 тыс. руб.) и годового прироста дохода (9,6 тыс. руб.) за счет создания системы водооборота: Э = 68353,54 + 9,6 = 68373,14 тыс. руб.
Похожие диссертации на Защита окружающей среды от поллютантов модифицированными физико-химическими методами
