Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одним из главных природных ресурсов, требующим особого внимания является гидросфера. Источниками губительного воздействия на водные объекты являются все сферы человеческой деятельности, сопряженные с использованием воды. Огромный вклад в общий объем загрязнений, поступающих в водные ресурсы, вносит промышленное производство. Сточные воды, образующиеся в результате деятельности многих индустрии, содержат большое разнообразие токсичных веществ. Особо следует выделить гальваническое производство, которое характеризуется широким спектром загрязняющих веществ, относящихся к высокотоксичным, а некоторые из них обладают канцерогенными свойствами. Например, высокая концентрация цинка вызывает мутагенный и онкогенный эффекты на живые организмы. Избыток меди приводит к нарушению деятельности печени, алюминия - нарушению обмена веществ, шестивалентный хром поражает желудочно-кишечный тракт, кроветворную систему, дыхательные пути, почки. Особенно актуальна эта проблема для Байкальского региона, который является особо охраняемой территорией.
Все гальванотехнические процессы сопряжены с большим водопотреблением, а следовательно, и с большим количеством образующихся сточных вод. Состав и концентрация стоков таких предприятий напрямую зависят от используемых процессов (меднение, никелирование, кадмирование, хромирование и т.д.). В настоящее время разработаны и внедрены в практику различные методы очистки сточных вод, содержащих отходы гальванического производства. Все известные способы очистки таких сточных вод условно делят на химические, электрохимические и биологические. Объем и состав сточных вод могут изменяться в широких интервалах. Поэтому выбор оптимального метода очистки напрямую зависит от технологических параметров самого производства. Бассейн р. Ангары, куда в конечном итоге попадают все сточные воды Иркутской промышленной зоны, славится своим большим запасом чистейшей пресной воды, поскольку ее истоком является оз. Байкал. Это является одним из факторов, обуславливающих актуальность данной работы.
Анализ литературных источников показал, что далеко не все методы очистки сточных вод, применяемые на практике, обеспечивают то качество воды, которое бы удовлетворяло требованиям, предъявляемым к водным объектам. Несмотря на разнообразие методов нейтрализации сточных вод гальванических производств, наиболее перспективными являются комбинированные методы. Зачастую только сочетание различных способов очистки позволяет получать воду без вредных примесей и тяжелых металлов. Для достижения высокой степени эффективности очистки сточных вод, не прибегая при этом к высоким экономическим вложениям, необходимо строгое соблюдение технологических параметров. Так, нарушение кислотно-щелочного режима при реагентной очистке, приводит к неполному осаждению металлов. Несвоевременная утилизация гальваношламов из отстойников приводит к повышению концентрации металлов в очищенной сточной воде.
Таким образом, основным фактором, влияющим на выбор технологической схемы очистки - это эффективность ее работы при минимальных экономических затратах. Для этого необходим выбор специального водоочистного оборудования, соблюдение технологических параметров, и при необходимости, применение способов доочистки сточных вод. В настоящее время, одним из лимитирующих факторов является экономическая сторона вопроса, т.е. применение дорогостоящих технологий может отразиться на себестоимости выпускаемой продукции.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка технологии доочистки сточных вод гальванических производств с применением природных и техногенных сорбентов. Для достижения поставленной цели были определены следующие
проведение мониторинга очистки сточных вод реагентным способом и выявление факторов, влияющих на эффективность процесса водоочистки;
исследование шлака и цеолита в лабораторных условиях в качестве сорбентов тяжелых металлов, а так же определение оптимальных условий процесса адсорбции ионов Сг3+;
изучение природы взаимодействия загрязняющих веществ с адсорбентами;
разработка технологической схемы применения адсорбционной технологии доочистки сточных вод в системе реагентной очистки;
проведение испытаний предложенной схемы доочистки в промышленных условиях.
ИДЕЯ РАБОТЫ. Использование природного цеолита и шлака, образующегося в результате сжигания каменного угля, для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод гальванических производств.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Системный анализ и научное обобщение теоретических и экспериментальных работ отечественных и зарубежных исследователей; натурные наблюдения и эксперименты; методы технологического обследования инженерных систем; теоретические исследования с использованием метода математического моделирования и многомерного статистического анализа с использованием Microsoft Excel; атомно-абсорбционный; спектральный анализ; статические, динамические и кинетические методы исследования сорбционных процессов.
ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований; применением современных апробированных методов исследования и приборов, позволяющих провести эксперимент с допустимой погрешностью; проверкой и подтверждением выводов в промышленных условиях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В предложенной работе впервые:
теоретически обоснована и практически доказана целесообразность использования шлака.образующегося в результате сжигания каменного угля в котельной ИАЗа и цеолита Северо-Минусинского цеолитоносного района для сорбционной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов;
доказан механизм сорбции ионов тяжелых металлов исследуемыми сорбентами; установлено, что при сорбции ионов на шлаке более выражен процесс физической сорбции, а сорбционные процессы на цеолите носят преимущественно ионообменный характер;
выявлен ряд активностей металлов для шлака и цеолита, который отражает способность сорбентов «аккумулировать» одни ионы в большей степени, чем другие: Cr3+>Cu2+>Zn2+; это связано с зарядом и радиусом ионов металлов;
- установлено, что обменная емкость сорбентов, предварительно
прошедших химическую или термическую обработку в значительной степени
выше, чем исходных аналогов; это объясняется насыщением сорбентов
«активными центрами», т.е. ионами Са2+ при химической модификации, и
увеличением удельной поверхности при термической модификации.
-
В результате исследования было выявлено, что степень извлечения ионов трехвалентного хрома не уменьшается при совместном присутствии ионов других металлов. Это свидетельствует о возможности применения сорбционного метода очистки промышленных сточных вод, содержащих различные ионы тяжелых металлов.
-
Разработана технологическая схема сорбционной доочистки сточных вод гальванических производств, обеспечивающая эффективное извлечение ионов хрома, меди и цинка с использованием природного цеолита и угольного шлака.
3. Проведены промышленные испытания технологической схемы
доочистки сточных вод гальванических цехов ИАЗ филиал ОАО «Корпорация
«ИРКУТ». Применение предложенной схемы позволит повысить
эффективность очистки сточных вод гальванического производства от ионов
Сг3+ на 46-96 %, от ионов Zn2+ на 41-78 %, от ионов Си2+ на 41-88 %, от ионов
Fe 7-50 % (по данным промышленных испытаний исходных и
модифицированных форм сорбентов). Расчетный ожидаемый эколого-
экономический эффект от внедрения сорбционной схемы доочистки составит в
зависимости от вида сорбента и способа его модифицирования от 61 914 до 287
707 тыс. руб./г. (в ценах на 2009 г.).
4. Разработанная технологическая схема с использованием сорбционного
метода рекомендована для применения на очистных сооружениях
предприятий машиностроительной и химической отраслей промышленности
РФ.
1. Результаты комплексной оценки функционирования станции
обезвреживания сточных вод гальванических производств и выявление
факторов, влияющих на эффективность процессов физико-химической
очистки.
2. Результаты исследования процесса сорбции ионов тяжелых металлов
шлаком и цеолитом из сточных вод гальванических производств. Выявление
оптимальных условий и закономерностей процесса извлечения ионов
трехвалентного хрома из промышленных сточных вод.
3. Теоретическое обоснование механизма сорбции ионов тяжелых
металлов шлаком и цеолитом из растворов и сточных вод.
4. Разработка и испытания технологической схемы доочистки сточных
вод гальванических производств с использованием природных и техногенных
сорбентов.
АПРОБАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях, в т.ч.:
-
Научно-практическая конференция «Оценка эколого-экономической ситуации загрязнения водных экосистем в бассейне оз. Байкал и управление экологическим риском», Иркутск, 2006 г.
-
Международное совещание «Современные проблемы обогащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья», г. Владивосток, 2008 г.
-
Международный научно-практический симпозиум «Инновации и обеспечение безопасности эксплуатации современных железных дорог», г. Иркутск, 2010 г.
-
Международная конференция «Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального и техногенного сырья» (Плаксинские чтения - 2010), г. Казань, 2010 г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные теоретические и практические результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 работах, в т.ч. 1 в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационный материал содержит 138 стр. основного текста, 38 рисунков, 55 таблиц и 9 приложений. Работа включает введение, 5 глав, заключение и список литературы из 111 наименований.
