Закономерности процесса электрохимической деструкции органических загрязнителей и его использование для очистки судовых сточных вод Кузьменко, Наталия Александровна

Введение к работе

Актуальность темы. Значительный вклад в суммарное загрязнение вносят сточные воды (СВ). содержащие продукты метаболизма организма человека. Очевидно, что непрекращающаяся урбанизация и постоянно растущие миграционные потоки, включающие железные дороги, водный и воздушный транспорт, делают весьма актуальным разработку новых и совершенствование существующих локальных методов очистки СВ.

Группа электрохимических способов очистки является одной из перспективных для локальной очистки СВ, в частности, для очистки судовых СВ, поскольку процессы такого рода легко автоматизируются, не требуют применения химических реагентов и обладают хорошими удельными показателями. Эти методы позволяют осуществлять обработку сточных вод деструкцией органических загрязнений, при которой конечными продуктами полного электрохимического окисления будут такие экологически нейтральные соединения, как вода, азот и углекислый газ при отсутствии шлама.

Имеющиеся в литературе сведения по данному вопросу посвящены, как правило, прикладной технической стороне проблемы, преимущественно эмпирическому подбору параметров удовлетворительных режимов электрохимического процесса, практическим соображениям о сравнительных достоинтвах различных видов электродных материалов и конструкционным решениям очистных установок.

Природа электрохимических процессов, протекающих при электролизе, исследована недостаточно.

Изучение электродных процессов, выяснение закономерностей, присущих электрохимической деструкции органических загрязнителей Фекальной природы, позволит создать математическую модель очистного процесса и оптимизировать его технологические параметры.

Актуальной проблемой является анализ результатов очистки, т.к. обычно применяемые аналитические методы (определение ХПК и БПК) весьма трудоемки, длительны, обладают значительной погрешностью и не дают возможности оперативно управлять процессом обработки СВ. В связи с этим представляет практический интерес разработка приборного аналитического экспресс-метода опрделения степени загрязненности СВ, который позволил бы оперативно оценивать изменение содержания органических загрязнений в ходе процесса очистки СВ и, при необходимости, корректировать технологические параметры очистного процесса. ,

Работа проводилась в соответствии с ".Планом проведения опытно-конструкторских работ по созданию природоохранного оборудования для кораблей и судов ВМФ", утвержденного заместителем министра судостроительной промышленности 24.09.90 г. и одобренного ВПК 11.11.1990 Г.

Цель работы Установить основные закономерности процесса электрохимической деструкции органических загрязняющих веществ и на этой основе разработать метод очистки судовых СВ, в которых загрязняющими веществами являются продукты метаболизма человеческого организма.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

установить возможность деструкции органических загрязнителей фекальной природы в результате электрохимической обработки;

установить механизм электрохимического окисления органических загрязнителей фекальных СВ; '

разработать теоретически обоснованную математическую модель процесса;

определить оптимальные технологические параметры процесса электрохимической деструкции загрязнителей СВ;

изучить влияние природы материала анодов на процесс окисления органических загрязнителей:

разработать экспресс-метод анализа эффективности очистки СВ;

провести эколого-экономический расчет эффективности предлагаемого варианта очистки судовых СВ.

Научная новизна. Кинетическими ис'следоьаниями. проведенными методом вращающегося дискового электрода (ВДЭ). установлено, что органические загрязнители не участвуют в гетерогенной анодной реакции! и их окисление происходит в объеме раствора при участии продуктов анодного окисления неорганических компонентов сточных вод.

Установлены закономерности протекания процесса электрохимической деструкции органических загрязнителей СЗ. содержащих продукты метаболизма человеческого организма.

Разработана математическая модель, описывающая процесс электрохимической деструкции органических загрязнителей СВ на макроки-нетическом уровне и позволяющая определять оптимальные технологи-

ческие параметры процесса очистки. . .'

Практическая значимость.: . Показано, что метод электро'хймичес"-
"кой"деструкции' может быть эффективно использован для очистки быто
вых сточных вод. содержащих фекальные загрязнители. Установлено,
что при использовании графитовых электродов высокая степень очист
ки достигается без дополнительных реагентов и при отсутствии шла-¹
ма. Установлена связь- между степенью очистки- СВ и технологическими
' параметрами процесса: плотностью тока, объемным расходом, удельным
количеством электричества. Экспериментально установленная зависй-'
мость степени очистки СВ от величины удельного количества электри
чества позволяет определять параметры процесса, оптимальные с точ
ки зрения очистки. , - ' '
.. . Разработан комбинированный метод экспресс-анализа эффектив
ности очистки сточных вод фекальной природы, сочетающий традицион
ное определение химического потреблена. кислорсдч ХПК с измерения
ми- интенсивности флуоресценции образцов, и позволяющий оперативно
управлять очистным процессом.

На основании проведенных исследования была создана опытно-промышленная установка на базе ЦКБМТ "Рубин". Экспериментальные данные, полученные при стендовых испытаниях установка, пропускной способностью 5 м³/сутки, подтвердили возможность использования метода электрохимической деструкции для очистки бытовых СВ, была достигнута степень очистки, превышающая 80%; показатели обработанных СВ соответствуют требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов.

Апробация работы. Основные результаты допожены на научных семинарах кафедры химии и охраны окружающей среды Санкт-Петербургского Северо-Западного заочного политехнического института, на научно-практическом семинаре в ЦКБ МТ "Рубин", на Международной конференции "Город в Заполярье и окружающая среда" (Сыктывкар, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы и получены положительные решения государственной патентной экспертизы на 2 заявки на изобретения.

На зашиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследования влияния технологических параметров электролиза на эффективность .очистки СВ.

2. Результаты кинетических исследований процесса электрохимической деструкции органических загрязнителей и представления о ме-

-4.-

ханизме электрохимического окисления органических загрязнений бытовых СВ, содержащих фекальные загрязнители.

3. Макрокинетическая модель процесса электрохимической деструкции "органических загрязнений, содержащихся в бытовых СВ.

4. Оптимальные параметры электролиза для реализации метода электрохимической деструкции органических загрязнений бытовых сточных вод.

5. Обоснование применения электродных материалов для процесса электрохимической деструкции органических загрязнений бытовых сточных вод.

6. Экспресс-метод анализа эффективности очистки сточных вод.'
.7, Эколого-экономическая оценка эффективности предлагаемого

метода очистки СВ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 166 страницах, содержит 46 рисунков, 8 таблиц. Список использованной литературы включает 146 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.