Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Синельцев Алексей Андреевич

Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита
<
Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита
>

Диссертация - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Синельцев Алексей Андреевич. Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита: диссертация ... кандидата Технических наук: 03.02.08 / Синельцев Алексей Андреевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО Казанский национальный исследовательский технологический университет], 2017

Введение к работе

Актуальность работы. Наиболее распространенными поллютантами

гидросферы являются ионы тяжелых металлов (ТМ), они оказывают общетоксическое и мутагенное действие на биоту, аккумулируются организмами и передаются по пищевым цепям. Основные антропогенные источники их поступления в водные объекты – гальванические производства, предприятия химической, целлюлозно-бумажной, текстильной и других отраслей промышленности. Поэтому одно из направлений экологизации промышленных технологий заключается в использовании локальных сооружений очистки сточных вод от ионов ТМ при сбросе стоков в водоемы. Наиболее часто для этих целей применяют сорбционный метод очистки, эффективность которого зависит от свойств используемого сорбента. Разработаны и исследованы сорбенты на основе самого разнообразного минерального и органо-минерального сырья, синтетических полимеров, отходов промышленности и сельского хозяйства. Природные сорбенты имеют ряд преимуществ перед синтетическими - невысокую стоимость, радиационную устойчивость, экологическую безопасность.

Известно, что природный минерал глауконит, благодаря своей структуре и физико-химическим свойствам, обладает способностью извлекать тяжелые металлы из водных растворов. Однако свойства глауконитов литосферы могут значительно отличаться в зависимости от времени и условий образования минерала. Наличие крупных промышленных месторождений глауконита в Европейской части России предопределяет рентабельность его использования, а направленная модификация поверхности и геометрической структуры минерала делает возможным его применение в водоочистке. Поэтому разработка сорбентов на основе глауконита в результате его активации и модификации, изучение их адсорбционных свойств с целью применения для очистки сточных вод, является актуальной задачей промышленной экологии и имеет научно-практическое значение как одно из направлений минимизации выбросов производства и защиты объектов окружающей среды.

Цель работы: оценить эффективность очистки модельных и производственных сточных вод от катионов тяжелых металлов (Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+) при использовании сорбционного материала, разработанного на основе природного глауконитового сырья.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Исследовать состав, структуру и физико-химические свойства глауконитов
различных месторождений России для определения возможности их использования в
сорбционной очистке водных сред от катионов ТМ.

  1. Для улучшения сорбционных свойств минерала глауконита разработать условия его обогащения, гранулирования и модифицирования.

  2. Исследовать процессы сорбции тяжелых металлов из модельных водных растворов солей Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+ на гранулированном глауконитовом сорбционном материале и его модифицированном аналоге в статическом и динамическом режимах, определить основные показатели адсорбционной активности полученных материалов (максимальную статическую адсорбцию, полную динамическую обменную емкость, динамическую обменную емкость сорбента до проскока, эффективность очистки).

4. Изучить возможность применения модифицированного гранулированного
глауконитового сорбционного материала в качестве наполнителя полупромышленной
установки водоочистки для извлечения ионов ТМ из производственных сточных вод.

5. Провести расчет экономической эффективности применения разработанного
сорбционного материала и величины предотвращенного экологического ущерба
водным ресурсам.

Объектами исследования являлись: модельные водные растворы сульфатов и хлоридов Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+; сточные воды ЗАО ОЗ «НИИХИТ»; глаукониты и сорбционные материалы (СМ): природный обогащенный глауконит (ПОГ), гранулированный глауконит (ГГ), модифицированный гранулированный глауконит (МГГ).

Предмет исследования – сорбционная очистка сточных вод от ионов ТМ для снижения антропогенного воздействия на гидросферу.

Научная новизна.

Впервые определены условия получения экологически безопасного СМ для
очистки сточных вод от ионов ТМ на основе широко распространенного в природе
глауконитового сырья, включающие его гранулирование без использования
стороннего связующего, термическую и химическую модификацию. Установлено, что
для гранулирования СМ без использования связующих токсичных добавок
необходима дисперсность частиц 30–50 мкм и концентрация глауконита в сырье не
менее 68%. Выявлено, что термическая активация при 6500С и времени обжига 1–2 ч
и последующая химическая обработка гранул (6н HCl в течение 3 ч, 8%-ный раствор
NaCl в течение 1 ч) приводят к увеличению сорбционной активности материала.
Исследованы сорбционные свойства полученных образцов при очистке модельных
водных растворов солей тяжелых металлов (Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+). В статических
условиях обнаружено, что максимальная сорбционная способность

модифицированного глауконита по отношению к ионам Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+ в 1,5– 1,7 раз выше по сравнению с немодифицированными образцами. В динамических условиях сорбции установлено, что полная динамическая обменная емкость МГГ изменяется в ряду: Fe2+2+2+2+, ее значения в 1,7–2,2 выше, чем для немодифицированных образцов.

Теоретическая и практическая значимость. Показана возможность

использования природных глауконитов для сорбционной очистки сточных вод. Разработаны технологические условия подготовки глауконитового сырья на этапах обогащения, гранулирования и модифицирования, и получены эффективные гранулированные модифицированные сорбционные материалы. Установлено, что гранулированный образец и его модифицированный аналог позволяют извлекать из модельных растворов солей Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+ более 99% ионов металлов. Разработана установка водоочистки с использованием модифицированного гранулированного глауконитового наполнителя, проведена ее апробация по очистке сточной воды производства никель-кадмиевых источников тока ЗАО ОЗ «НИИХИТ», установлена эффективность очистки производственных сточных вод от Ni2+и Cd2+ – 91 и 95%, соответственно.

Эколого-экономические расчеты показали, что стоимость МГГ СМ составила 49,9 руб за 1 кг, срок окупаемости капитальных затрат – 4,3 года, рентабельность производства – 23%. Величина рассчитанного предотвращенного экологического ущерба водным ресурсам от сточных вод, загрязненных ТМ, на примере ЗАО ОЗ «НИИХИТ» составила 1414,54 тыс. руб./год.

Положения, выносимые на защиту:

– Состав, структура и поверхностные характеристики глауконитов трех месторождений России и технология получения сорбционных материалов из глауконита для очистки водных сред от ионов ТМ, включающая обогащение глауконитового сырья, гранулирование без стороннего связующего, термическую активацию и химическое модифицирование.

– Показатели процессов сорбции катионов ТМ (Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+) из модельных растворов глауконитовыми СМ в статических и динамических условиях, кинетика процессов, механизм массопереноса при адсорбции, результаты ресурсных испытаний СМ на коммерческой установке, эффективность очистки водных сред от ионов ТМ.

– Результаты очистки производственных сточных вод ЗАО ОЗ «НИИХИТ» от ионов ТМ на установке с модифицированным гранулированным глауконитовым наполнителем.

– Экономические расчеты себестоимости, рентабельности и времени окупаемости модифицированного гранулированного глауконитового СМ и ожидаемый предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам от сточных вод, загрязненных ионами ТМ.

Реализация и внедрение результатов работы. Работа выполнена в соответствии с тематическим планом исследований Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. и в рамках государственного задания Минобрнауки России № 4.1299.2014/К. Поддержана грантом фонда содействия развития малых предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.» (госконтракт № №9553р/14177 от 04.07.2011 г.)

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены на научной
конференции «Актуальные научно-технические проблемы химической безопасности»
(Москва, 2011 г.), на научной конференции «Техногенная и природная безопасность»
(Саратов, 2011 г.), Всероссийской научно-практической конференции с

международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011-2012 г.г.), II международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды» (Уфа, 2011 г.), на II и III Всероссийском научно-практическом форумах «Экология: синтез естественнонаучного, технического и гуманитарного знания» (Саратов, 2011, 2012 г.).

По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора состоит в проведении обзора и анализа литературных данных по теме исследования, получении и анализе экспериментальных данных, подготовке публикаций совместно с соавторами. Постановка целей и задач исследования, разработка основных идей, а также формулировка выводов по результатам исследований проводились автором совместно с научным руководителем.

Достоверность результатов исследований обеспечивается значительным объемом обработанного материала лабораторных исследований, а также подтверждается публикациями в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Экспериментальные исследования выполнены с использованием современного оборудования и средств измерения, методик количественного и качественного химического анализа с применением высокочувствительных инструментальных методов. Результаты экспериментов получены в результате многократных измерений

и последующей обработки с применением методов математической статистики. Воспроизводимость результатов не выходит за пределы допустимых погрешностей.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращенных и условных обозначений, списка литературы и 2-х приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 32 таблицы, 164 источника литературы.