Введение к работе
Актуальность работы. Главнейший источник технологического загрязнения гидросферы представляют производственные стоки, несущие в водоемы широкий спектр токсичных веществ. К наиболее .массовым и распространенным среди последних принадлежат поверхностно-активные вещества (ПАВ) и нефтепродукты (НИ), значительные концентрации которых обусловливают опасность сточных вод (СВ) как многочисленных промышленных предприятий нефтеперерабатывающего, химического, химико-металлургического, машиностроительного и ряда других профилей, так и широкой г&чмы предприятий бытового обслуживания населения.
Интенсивно развивающееся производство ПАВ в России (87,3 и 165 тыс.т соответственно в 1985 и 1990 г.г.) и специфика их использования в многообразных технологических операциях приводят к поступлению практически всей их массы в стоки различной номенклатуры и причиняют в итоге значительный ущерб биосфере.
Наиболее глубокое извлечение этих загрязнений из стоков обеспечивают сорбционные приемы, основанные на применении активных углей и ионообменных смол, принадлежащих к числу весьма дорогостоящих и сравнительно дефицитных материалов. Рациональной в этой связи является сорбционная обработка стоков дешевыми поглотителями в виде производственных отходов и природных материалов, поиск и обоснование условий эффективного использования которых представляют актуальную задачу.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР и ОКР научного совета по адсорбции АН СССР (РАН) на 1990-1993 г.г. (поз.2.15.3.2.).
Цель работы состоит в изучении закономерностей и разработке эффективной технологии глубокой сорбционной очистки производственных сточных вод от анионных (АПАВ) и неионоген-ных ПАВ (НПАВ) ( в виде сульфонола НП-3, синтанола ДС-10 с суммарным содержанием порядка 300 иг/л), нефтепродуктов в виде масел и смазок ( с концентрацией до 100 мг/л) и сопутствующих загрязнений, обеспечивающей возможность повторного использования очищенных стоков или их сброса на биологические очистные сооружения, наряду с простотой утилизации отра-
ботанных поглотителей.
Научная новизна. Разработана ыетодика определения неионо-генных DAB в сточных водах в присутствии анионных ПАВ, путем обработки анализируемого вещества смесью роданида аммония и железоаммонийных квасцов в кислой среде с последующей экстракцией окрашенного комплекса метиленхлоридом и фотометри-ровании экстракта, отличающаяся от известных экспрессностыо, низкой токсичностью и высокой селективностью к НПАВ, обоснованы условия ее эффективной реализации. Определены значения критических концентраций мицеллообразования (ККМ) водных растворов синтанола ДС-10 и сульфонала НП-3 в модельных системах, минеральный состав которых идентичен широко используемой в производственной практике технической моющей композиции марки КМ-1. Показано, что в таких растворах имеет место смещение ККМ в сторону более низких концентраций ПАВ по сравнению с неминерализованными их растворами, влияющее на механизм сорбционного извлечения как собственно ПАВ, так и сопутствующих им нефтепродуктов. На основании изучения равновесия и кинетики адсорбции загрязняющих компонентов активным углем СКТ, отработанным в процессах очистки ацетилена от фосфина, с использованием данных электрофоретических измерений и потенциометрического титрования сформулированы гипотетические механизмы взаимодействий сульфонода, синтанола и масел с поверхностью угля в индивидуальных и смешанных растворах. Установлена возможность использования уравнения Ленг-мврз для Формального описания равновесия адсорбции нефтепродуктов и ПАВ при концентрациях последних ниже ККМ. Определены константы адсорбционного равновесия, величины предельной равновесной адсорбции, "посадочных" площадок и коэффициентов диффузии изученных адсорОатов. Обоснована возможность сорбции ПАВ как на внешней поверхности зерен угля СКТ, так и в его мезопорах. На модельных системах,содержащих синтанол, сульфонал и минеральные компонента (карбонат и фосфат натрия, полифосфаты), получена информация, свидетельствующая 6 действенности гипотезы (А.М.Когановский, Н.А.Клименко) относительно преобладающей роли в маосопереносе при адсодоции ПАВ их индивидуальных молекул и тормозящем влиянии мицелляр-ных форм ПАВ на скорость их поглощения. Охарактеризовано взаимовлияние названных соединений на их сорбцию. Предложено эмпирическое уравнение, адекватно отражающее связь кон-
центраций синтанола и сульфонола в растворе и адсорбенте при равновесии.
Практическая значимость. Обоснована рациональность использования активного угля СКТ, отработанного в процессе очистки ацетилена от фосфина, в качестве агента очистки производственных стоков от ПАВ и нефтепродуктов. Установлены структурно-адсорбционные характеристики названного адсорбента. Разработана технология углеадсорбционной очистки производственных сточных вод от ПАВ. нефтепродуктов и взвешенных веществ, позволяющая сброс очищенных стоков на БОС. Осуществлена апробация разработанной технологии на реальных сточных водах окрасочного участка вавода 'Прогресс",подтвердившая закономерности, установленные в лаборатории. Полученные результаты использованы ГСПН при проектировании установки очистки сточных вод окрасочного участка завода "Прогресс". Реализация результатов выполненных разработок в условиях этого предприятия обеспечивает согласно оценочным расчетам предотвращение ущерба гидросфере в размере 140 рублей (в ценах 1990 г.) на каждый кубометр очищенных стоков. Апробация работы. Результаты исследований доложены на конференции "Проблемы ресурсосберегающих технологий и охраны окружающей среды на предприятиях легкой промьшенности"/г.Пенза, сентябрь 1992г./. научно-техническом семинаре "Пути и современные методы .решения проблем промышленной экологии" /г.Москва, декабрь 1992г./. на заседании секции охраны окружающей среды московского отделения Всероссийского Химического Общества им. Д.И.Менделеева /г.Москва, январь 1994г./
Публикация результатов. Материалы диссертации изложены в подготовленных в соавторстве 4 публикациях, в числе которых 1 статья, 3 тезисов докладов, и в патентной заявке (положительное решение от 8.02.94 по заявке Н 5042643/25(023831)).
Основные положения, выносимые на защиту. Автором защищаются следующие новые результаты, полученные в итоге выполнения работы:
способ определения неионогенных ПАВ при их совместном присутствии в сточных водах с анионоактивными ПАВ;
технология углеадсорбционной очистки стоков от ПАВ и НП с использованием в качестве поглотителя активного угля СКТ. отработанного в процессе очистки ацетилена от фосфина;
результаты определения структурно-адсорбционных пара-
- 4 -метров названного активного угля СКТ;
оценка отходного угля СКТ как агента обработки стоков, содержащих синтанол, сульфонол и нефтепродукты ( смазки, масла);
данные по равновесию и кинетике адсорбции перечисленных загрязняющих компонентов углем СКТ из растворов сложного минерального состава, содержащих как отдельные указанные загрязнения, так и их смеси;
сведения о технико-экономической эффективности разработанной технологии применительно к условиям окрасочного участка машиностроительного завода "Прогресс".
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, изложенных на ... страницах машинописного текста, включающих 37 рисунков, 14 таблиц, содержит список литературы /128 наименований/ и приложения.