Введение к работе
Актуальность темы. Обеспечение экономически эффективного и экологически безопасного водопользования, защита водных ресурсов от истощения, загрязнения и деградации - одна из наиболее важных задач современности. Возможности рационального использования водных ресурсов и требования сохранения водной среды для большинства регионов являются лимитирующим фактором социально-экономического развития.
Существенные ограничения для водопользования возникают в связи с природными и антропогенными изменениями химического состава вод. Значительная часть территории Западной Сибири расположена в бассейне реки Обь, основной вклад в загрязнение которой вносят сточные воды промышленных предприятий, содержащие различные высокотоксичные соединения, в том числе нефтепродукты и тяжелые металлы.
В Алтайском крае и г. Барнауле основными источниками поступления данных соединений в водные объекты являются предприятия машиностроения, в т.ч. гальванические производства. В частности, сточные воды, содержащие ионы никеля и меди, образуются на ОАО «Барнаултрансмаш» при нанесении гальванических покрытий. Попадая в водные объекты, загрязненные воды ухудшают их качество, уменьшая или исключая возможности предоставления населению и различным отраслям хозяйства водных, энергетических, биологических, сырьевых и других ресурсов. Обеспечение экономически эффективного и экологически безопасного водопользования возможно путем разработки и внедрения на предприятиях замкнутых водооборотных циклов и ресурсосберегающих процессов, основанных на современных технологиях очистки воды.
Одними из наиболее перспективных методов очистки загрязненных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов являются сорбционные. При этом большая роль отводится сорбционным материалам, которые должны быть доступными, иметь высокую механическую прочность, способность к многократной регенерации, устойчивость к агрессивным средам. Эффективные и доступные сорбенты можно изготавливать и из вторичного сырья, например, из отходов деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, что позволит решить две задачи: очистку воды и одновременно утилизацию отходов. Создание таких материалов является наиболее перспективным направлением совершенствования систем очистки стоков, содержащих тяжелые металлы и нефтепродукты, в целях рационального природопользования и сохранения потребительских свойств водных ресурсов.
Работа выполнена в рамках ведомственной целевой программы «Охрана окружающей среды на территории Алтайского края» на 2010-2012 годы; открытого конкурса Президента РФ на получение стипендий для обучения за рубежом студентов и аспирантов в 2010/2011 учебном году (университет Саленто, Италия); а также по тематике проблемной научно- исследовательской лаборатории АлтГТУ им. И.И. Ползунова «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности».
Цель работы: разработка технологии очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов с применением нового сорбционно- ионнобменного материала на основе древесных отходов и бентонитовых глин (Беном-М) в целях защиты водных объектов от загрязнения.
Основные задачи:
анализ состояния поверхностных водных объектов Алтайского края, а также оценка характера и степени загрязнений сточных вод, образующихся на территории города Барнаула;
разработка технологии получения сорбционного материала на основе бентонитовых глин и древесных отходов для очистки воды от соединений тяжелых металлов и нефтепродуктов;
изучение физико-механических свойств и структуры материалов;
исследование сорбционной способности исходных и полученных материалов по отношению к ионам тяжелых металлов и нефтепродуктам;
изучение возможности и подбор способа регенерации сорбционно- ионообменного материала на основе бентонитовых глин и древесных отходов;
математическая обработка экспериментальных данных процесса очистки сорбционным методом;
разработка технологических схем очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов в целях сохранения качества водных объектов с использованием новых сорбционных материалов и их технико-экономический анализ.
Объект исследования: сточные воды промышленных предприятий, загрязненные соединениями тяжелых металлов и нефтепродуктами.
Предмет исследования: способ очистки загрязненных вод от нефтепродуктов и соединений тяжелых металлов с применением нового сорбента на основе бентонитовых глин и древесных отходов.
Научная новизна:
впервые предложена технология получения нового сорбционного материала на основе модифицированных древесных отходов и бентонитовых глин;
исследована сорбционная емкость для полученного материала по нефтепродуктам, ионам меди и никеля в статических и динамических условиях;
впервые изучены физико-механические свойства и структура Бенома-М;
предложен способ регенерации полученного сорбента раствором гидрокарбоната натрия;
разработана технология очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием сорбентов на основе бентонита и древесных отходов, модифицированных растворами соляной и ортофосфорной кислот.
Практическая значимость:
полученные сорбционно-ионообменные материалы позволят извлекать из воды ионы тяжелых металлов и нефтепродукты с эффективностью не менее 85 %, что обеспечит снижение антропогенного воздействия на водные объекты и сохранение качества окружающей среды;
экспериментальные данные могут быть использованы для расчета основных параметров оборудования технологических схем водоочистки;
внедрение полученных сорбентов в практику водоочистки способствует созданию на предприятиях водооборотных циклов, позволяющих обеспечить экономически эффективное и экологически безопасное водопользование.
Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом и воспроизводимостью экспериментальных данных, исполь-
зованием стандартных и юстированных методик, а также современного измерительного оборудования и методов учета погрешностей измерений. На защиту выносятся:
анализ характера загрязнений поверхностных водных объектов Алтайского края и сточных вод, образующихся на территории города Барнаула;
способ получения сорбционно-ионообменного материала на основе модифицированных древесных отходов и бентонитовых глин;
результаты исследований физико-химических свойств сорбента;
экспериментальные зависимости эффективности очистки воды от ионов меди, никеля и нефтепродуктов с применением бентонитовых глин, древесных опилок и нового сорбционно-ионообменного материала;
способ регенерации полученного материала;
технологии очистки воды от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов с использованием новых сорбентов.
Реализация результатов работы:
материалы диссертационной работы приняты к внедрению на предприятиях: ОАО «Барнаултрансмаш», ООО «НПО Акватех», ООО «Барнаул РТИ»;
результаты диссертационной работы используется в учебном процессе на кафедре «Химическая техника и инженерная экология» ФГБОУ ВПО АлтГТУ им. И.И. Ползунова.
Апробация работы. Материалы диссертации ежегодно докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2009-2012 гг.), научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь- Барнаулу» (г. Барнаул, 2010 г.), Всероссийской студенческой научно- практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2010, 2011 г.), Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2010, 2011 гг.), XV Всероссийской НПК с международным участием «Безопасность-2010» (г. Иркутск, 2010 г.), XLVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно- технический прогресс»: Глобальные проблемы и принципы устойчивого развития (г. Новосибирск, 2010 г.), XII Международной НПК «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (г. Кемерово, 2010 г.), Международной НПК «Региональные экологические проблемы» (г. Барнаул, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 6 статей, 5 из них - в журналах, входящих в перечень публикаций ВАК, получено 1 положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 184 наименований, приложений. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, включает 57 рисунков, 51 таблицу.
Автор выражает глубокую признательность за помощь и ценные советы при выполнении настоящей работы к.т.н., доценту кафедры ХТИЭ Сомину В.А. (ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Барнаул).
