Введение к работе
В настоящее время на территории России практически нет водных объектов, не затронутых хозяйственной деятельностью человека, качество воды в которых соответствовало бы нормативным требованиям. Чрезвычайную опасность в качестве загрязнителей природных вод представляют тяжёлые металлы, оказывающие токсическое воздействие на водные организмы в даже сравнительно малых концентрациях. В ряду тяжёлых металлов приоритетное место по токсичности для гидробионтов и человека занимает ртуть. При миграции и трансформации в водной экосистеме она накапливается в виде высокотоксичных соединений. Накопление ртути в биотеингибирует обменные процессы, ослабляет защитные функции крови.
Река Ангара и её водохранилища являются основным источником водоснабжения населённых пунктов и промышленных предприятий Иркутской области, а так же водоёмами - приемниками сточных вод. Поэтому, проблема предотвращения ртутного загрязнения Ангарского бассейна представляется актуальной.
Многолетнее функционирование производства каустической соды и хлора методом ртутного электролиза на химическом комбинате «Усольехимпром» привело к тому, что близлежащая территория и акватория оказались загрязненными ртутью и в регионе возникли серьезные экологические проблемы. Вода р.Ангара оказалась непригодной для целей питьевого водопользования, а содержание ртути в рыбе, отловленной в Братском водохранилище, превышает ПДК в сотни и тысячи раз. По данным института геохимии СО РАН под промплощадкой предприятия «Усольехимпром» в результате аварийных ситуаций, утечек, накоплено более 500 т. ртути, которая будет продолжать поступать в водотоки после закрытия цеха ртутного электролиза с ливневыми и талыми водами. Все это требует принятия незамедлительных мер по устранению экологических последствий химической экспансии на территории Байкальского региона.
Анализ современной отечественной и зарубежной литературы показывает, что основным методом удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод является реагентный метод, основанный на нейтрализации и осаждении металлов в форме гидрооксидов с образованием минеральных шламов, утилизация которых является серьезной проблемой. Причины низкой эффективности реагентного метода остаются до конца невыясненными. В связи с этим необходим новый подход к выбору методов демеркуризации сточных вод, позволяющий извлекать малые и ультрамалые концентрации ртути из ливневых сточных вод.
Актуальными являются подробные исследования закономерностей извлечения малых концентраций ртути из сточных вод, возможностей возврата очищенной воды в производство и разработка научно-обоснованных методов утилизации ртути.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры прикладной геофизики и геоинформатики Иркутского Государственного технического университета, в рамках обеспечения областной целевой программы «Реализация мероприятий по ликвидации ртутного загрязнения на ОАО «Усольехимпром»».
Цель работы - заключается в исследовании и разработке эффективной технологии очистки ртутьсодержащих ливневых сточных вод с применением ионообменных смол.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- оценить уровень ртутного загрязнения воды и донных отложений участка р.Ангары, прилегающего непосредственно к территории комбината ОАО «Усольехимпром» и дифференцировать вклад поверхностного стока (ливневых вод) в суммарное загрязнение акватории;
- провести анализ эффективности существующих схем, технологий, конструкций локальных очистных сооружений, предприятий имеющих ртутьсодержащие стоки и осуществить выбор ионообменных материалов, пригодных для извлечения ртути из сточных вод;
- исследовать особенности механизма, кинетические и динамические параметры процессов хемосорбции малых концентраций хлоридных комплексов ртути из ливневых сточных вод;
- разработать технологическую схему реконструкции участка системы промливневой канализации для условий действующего предприятия ОАО «Усольехимпром» с очисткой от ртути и дать эколого-экономическую оценку предлагаемых решений.
Основная идея работы заключается в том, что закрытие экологически грязного производства - цеха ртутного электролиза на ОАО «Усольехимпром», не решает в полном объеме проблему ртутного загрязнения данного района, необходимо сделать определенные капиталовложения для ликвидации последствий ртутного загрязнения, для этого обоснованы и предложены конкретные технические решения.
Методы исследования. В работе для решения конкретных задач
использовались современные физико-химические методы анализа: атомно абсорбционной спектроскопии, фотометрии, потенциометрии,
фотоколориметрии, количественного химического анализа состава сточных вод; известные методы математического моделирования исследуемых химических процессов; методы лабораторного конструирования испытательного оборудования. Научная новизна.
1. Впервые получены количественные данные по распределению неорганических форм ртути в сточных водах системы промливневой канализации химического предприятия.
2. Показана определяющая роль поверхностного стока с территории промплощадки ОАО «Усольехимпром» в общем ртутном загрязнении водоёма в данном районе.
3. Рассчитаны концентрационно-распределительные диаграммы существования различных хлоридных форм ртути для сточных вод, содержащих малые количества ртути (5 10 4 моль/дм3) при различном содержании иона хлора (0,1+0,5моль/дм ).
4. Выбрана оптимальная модель динамики сорбции и десорбции хлоридных комплексов ртути на ионите марки АНКС, свидетельствующая о внутридиффузионном лимитировании процесса и позволяющая описать процесс сорбции ртути в широком диапазоне варьирования исходных параметров. Рассчитаны кинетические и термодинамические параметры сорбции хлоридных комплексов ртути на указанном ионите.
Практическая значимость.
1. Рекомендован высокоэффективный промышленный ионит марки АНКС и определены равновесные и кинетические параметры селективной очистки производственных сточных вод от хлоридных комплексов ртути до величины ПДК при низких исходных концентрациях ртути в исходных потоках. Показаны преимущества ионита АНКС в процессах сорбции-десорбции анионных комплексов ртути при низкой её концентрации в исходных сточных водах.
2. Разработана и предложена к перспективному внедрению технологическая схема реконструкции участка системы промливневой канализации действующего химического предприятия, включающая локальную очистку от микроконцентраций хлоридных комплексов ртути в сточных водах. Предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам от внедрения разработанного природоохранного мероприятия составляет 68766 тыс.руб./год. 3. Разработанная технология очистки ртутьсодержащих сточных вод может быть применена на других предприятиях химической отрасли, использующих ртуть в технологическом процессе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- Международной конференции «Проблемы ртутного загрязнения природных и искусственных водоёмов, способы его предотвращения и ликвидации».(Иркутск, 13-16 сентября 2000г.);
- 4-ой Международной конференции «Environment and mineral processing» (Острава, Чехия, 21-26 июня 2001г.);
- Международной конференции «Энергетика, экология, экономика средних и малых городов» (Великий Устюг 24-28 марта 2003г.);
- Международной конференции «Инженерная защита окружающей среды» (Москва, апрель 2003г.);
- 7-ой Международной конференции «Environment and mineral processing» (Острава, Чехия, апрель 2003г.).
- Международный конгресс «Вода», (Канны, октябрь 2003 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи в реферируемых журналах центральной печати.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, вьгоодов, списка литературы из 116 наименований, 3 приложений. Работа изложена на 132 листах машинописного текста, включает 24 таблиц и 20 рисунков.
Положения, выносимые на защиту.
1. Результаты оценки уровня ртутного загрязнения реки Ангары, привносимого с поверхностным стоком с территории предприятия ОАО «У сольехимпром»;
2. Результаты экспериментальных исследований процесса сорбции хлоридных комплексов ртути из промышленных сточных вод;
3. Разработанная принципиальная технологическая схема реконструкции участка системы промливневои канализации действующего химического предприятия, включающая локальную очистку от микро концентраций хлоридных комплексов ртути в сточных водах.
