Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ Ч
1. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ. ОСОБЕННОСТИ
СОРБЦИОННО-ИОНООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, ИХ КИНЕТИЧЕСКИЕ И
ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ 8
Сточные воды, их классификация по условиям образования, состав и свойства 8
Сорбционно-ионообменные методы очистки сточных вод и их характеристики 12
Природа сорбционных взаимодействий и особенности механизма сорбции из водных растворов 14
Кинетика и динамика сорбционных процессов 18
Особенности механизма ионного обмена в водных растворах 21
Кинетика и динамика ионообменных процессов 23
Выводы 26
2. ТОРФ И ГУМИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, ИХ СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА 28
2.1. Торф и его физико-химические свойства, как сорбционно-ионообменного
и фильтровального материала 28
2.1.1. Структура 29
2.12. Особенности сорбционных процессов 31
2.1.3. Особенности ионообменных процессов 34
2.1.4.Фильтровальные свойства и особенности процессов, протекающие при фильтровании
жидкости 38
2.2. Гуминовые вещества и их физико-химические свойства 39
2.2.1 Структура, состави методы получения 40
2.2.2. Физико-химические свойства 41
Кислотные свойства 42
Ионообменные свойства 44
Электрофизические свойства торфа и гуминовых веществ 46
Выводы 50
3. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХВОД 52
Применение торфа 52
Методы физико-химического модифицирования торфа 53
Химическое модифицирование 54
Механохимическая активация торфа 56
3.3. Продукты переработки торфа и их свойства 57
3.3.1. Гранулированный торф 59
3.32. Физико-технические характеристики и свойства гранулированного торфа 61
Применение гуминовых веществ 63
Применение продуктов переработки торфа 64
Пути утилизации отработанных продуктов переработки торфа 66
Выводы 68
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ СОРБЦИОННО-
ИОНООБМЕННЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ 70
4.1. Механизм взаимодействия и его кинетические закономерности при очистке гуминовыми
веществам и 70
4.1.1. Процессы комплексообразования 70
4.12. Особенности механизма взаимодействия 73
4.13 Кинетические закономерности процесса взаимодействия 75
4.13.1. Кинетика сорбционного поглощения 75
4.1.3.2. Кинетика ионного поглощения 80
4.2. Механизм взаимодействия и его динамические закономерности при очистке
торфяными модификациями 82
Особенности механизма взаимодействия 82
Динамические закономерности процесса взаимодействия 84
Кинетика сорбционно-ионообменного поглощения 85
Динамика сорбционно-ионообменного поглощения 86
4.3. Выводы 88
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С
ПРИМЕНЕНИЕМ ТОРФЯНЫХ МОДИФИКАЦИЙ 90
Объекты и методы исследования 90
Торфяные модификации и способы их получения 92
Водные растворы торфяных гуматов 92
Торфощелочной реагент, его характеристики и способ получения 94
Исследования целесообразности применения гидролизованного гранулированного торфа 95
Сорбционно-фильтровальная загрузка 98
Применение волокнистых фильтровальных материалов для очистки сточных вод.. 98
Композиционные фильтровальные материалы на основе природных волокнистых полимерных связующих 99
Характеристика фильтровального материала «Тефма» и исследования эффективности его использования для очистки сточных вод 100
Исследования сорбционно-ионообменных свойств ФМ «Тефма» 105
Способ получения загрузки 108
5.3. Особенности прохождения сорбционно-ионообменных процессов при очистке сточных
вод предлагаемыми модификациями. Кинетика и динамика процессов очистки 110
Использование раствора ТЩР 110
Изучение кинетики сорбции тяжелых металлов раствором ТЩР 114
Использование СФЗ 119
Изучение динамики протекания процессов на СФЗ 123
5.4. Способы и технологические решения очистки предлагаемыми модификациями 127
Исследования эффективности очистки раствором ТЩР 127
Способ очистки и нейтрализации с применением раствора ТЩР 129
Исследования эффективности очистки СФЗ 133
Способ очистки с применением СФЗ 135
Технологические решения по очистке производственных сточных вод 137
5.5. Выводы 140
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 141
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ; 143
приложение i.L%i mm
Введение к работе
В связи с продолжающимся загрязнением водоемов, и ужесточением санитарных и рыбохозяйственных требований, предъявляемых к качеству воды в них, проблема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов в настоящее время является актуальной. Поэтому решение задач по эффективной очистке сточных вод актуально для предприятий химической промышленности, цветной металлургии, машиностроения, гальванических и других производств. Подобные предприятия составляют основу промышленного потенциала Тверской области и г. Твери.
Так как, попадая в природные водоемы со сточными водами, ионы тяжелых металлов в течение продолжительного времени остаются в воде, образуя квазиравновесные дисперсные системы или истинные растворы. При этом они вступают во взаимодействие с другими компонентами среды, образуя гидратированные ионы, оксигидраты, ионные пары, комплексные неорганические и органические соединения и т. д.
Из толщи воды тяжелые металлы мигрируют на дно водоема, в поверхностную пленку и населяющие водоем живые организмы. Также тяжелые металлы, особенно кадмий, свинец, ртуть, накапливаются в растениях. Употребление в пищу растений, рыбы и других организмов, потребление загрязненной тяжелыми металлами воды являются главными источниками проникновения этих загрязнителей в организм человека. Поэтому накопление тяжелах металлов в живой среде вызывает серьезное беспокойство во всем мире [1].
В решении этих проблем, наряду с реагентными методами очистки производственных сточных вод широко используются сорбционные и ионообменные методы очистки [2].
Применение реагентных методов очистки имеет ряд недостатков. Одними из них являются большой расход реагента при очистке кислых сточных вод, а также обязательное соблюдение значения реакции среды для более полного осаждения образовавшихся гидрооксидов тяжелых металлов в очищаемых водах. При несоблюдении значений рН среды не достигается требуемая степень очистки, т.е. не соблюдаются нормативные требования приема очищенных производственных сточ-
ных вод в системы канализации населенных пунктов или выпуска в водоем. При этом возникает необходимость более глубокой их очистки с применением физико-химических методов [3, 4]. Из них наиболее эффекшвньши способами очистки производственных сточных вод являются сорбционные и ионообменные методы очистки.
Эффективность сорбционного метода очистки заключается в том, что он, независимо от значений рН среды, позволяет извлекать тяжелые металлы из больших объемов сточных вод, при одновременном их обезвреживании [5, 6]. Сорбционный метод используется самостоятельно или в комплексе с другими методами очистки, например с ионообменным методом.
Гетерогенный ионный обмен, или ионообменная сорбция является процессом обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. При ионообменной обработке производственных сточных вод наряду с ионным обменом, также протекают процессы хемосорб-ции и физической адсорбции. Поэтому при очистке сточных вод методом ионного обмена происходит извлечение и утилизация ионов тяжелых металлов до предельно-допустимых норм [2,3].
В качестве сорбентов и ионитов чаще всего используются материалы искусственного происхождения: промышленные активные угли, синтетические ионообменные смолы, сульфоуголь [1, 4, 7], которые имеют высокую сорбцион-ную и ионообменную емкость, а также высокую себестоимость. Производство таких материалов технологически и экологически не безопасно [4, 5, 8]. Поэтому, наряду с искусственными материалами технологически целесообразно использовать доступные природные сорбционно-ионообменные материалы, одним из которых является торф.
В настоящее время накоплен значительный опыт по использованию торфа и его модифицированных форм для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. При этом наблюдается тенденция роста проведения этих исследований на теоретическом и практическом уровне. Однако, практическая востребованность результатов ранее проведенных исследований находится на недостаточном уровне по
причине экспериментального поиска оптимальных условий. Поэтому, в настоящей работе проведены исследования, и рассмотрены экспериментальные и технические аспекты получения новых модификаций торфа, и на их основе предложены новые способы и эффективные технологические решения очистки сточных вод.
Целью работы явилось; проведение экспериментальных исследований по очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием различных модификаций торфа и разработка на их основе новых способов и технологических решений по очистке производственных сточных вод.
Для реализации поставленной цели в работе решались следующие задачи:
анализ, обобщение и систематизация современных теоретических представлений по очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием сор-бционно-ионообменных методов, и изучение особенностей механизмов протекания данных процессов, их кинетики и динамики;
теоретические исследования особенностей сорбционно-ионообменных взаимодействий, их динамических и кинетических закономерностей, при очистке сточных вод модификациями торфа и его соединениями;
обоснование и разработка новых методов получения модификаций торфа для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и их соединений;
исследование особенностей сорбционно-ионообменных процессов очистки сточных вод новыми модификациями торфа в статических и динамических условиях;
разработка новых способов и эффективных технологических решений очистки производственных сточных вод с использованием предлагаемых модификаций торфяного вещества.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка, приложения. Работа изложена на 1*3 страницах, в том числе включает 14 рисунков и 23 таблицы. Каждая глава диссертации содержит вводную, основную части, заканчивается выводами и рекомендациями научного и прикладного характера.
Оценивая научный фундамент приобретенных знаний о торфе, его модификациях, и о их многообразных свойствах и проявлениях, необходимо отметить, что значительный вклад в развитие представлений о физико-химических свойствах, составе, структуре торфа и механизмов протекания в нем сорбционно-ионообменных процессов внесли работы ученых Е.Т. Базииа, П.И. Белькевича, ДА. Вечера, МЛ. Воларовича, КИ. Гамаюнова, С.К Гамаюнова, С.С. Драгунова, В.И. Косова, ТА. Кухаренко, С.С Корчунова, Н.К Круглщкого, В.П. Круглова, В.Д. Копеикгша, ММ Коконовой, ИИ. Лиштвана, Б.И. Масленникова, Д.С. Орлова, В.Е. Раковского, А.П. Рождественского, Л.М. Рогач, В.И. Суворова, А А. Терентьева, А.Э. Томсона, А.В. Твардовского, В.Ю. Третинника, Л.Р. Чистовой, КВ. Ііураева, ЮА. Шульман, Ю.Г. Ятлука и других ученых.
Созданные и развиваемые ими, их учениками и последователями научные направления затрагивают и охватывают практически все области знаний о таком сложном объекте природного органического происхождения, каковым является торф.
Автор выражает глубокую признательность:
своему научному руководителю - зав. кафедрой, д.т.н., профессору Косову Владимиру Ивановичу, и всем преподавателям и сотрудникам кафедры "Природообустройство и экология" 'ПТУ г. Твери за большую помощь в проведении экспериментов, обработке результатов лабораторных исследований, за советы и оказанную поддержку при написании диссертационной работы;
зав. кафедрой "Геология, переработка торфа и сапропеля" ТГТУ д.т.н., профессору Суворову Владимиру Ивановичу и его сотрудникам за поддержку, ценные советы и рекомендации по диссертационной работе;
руководству ОАО ТХВ "Вискоза" г. Твери за оказанную практическую помощь в проведении исследований в производственных условиях.
