Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе взаимодействие человека с окружающей средой на первый план выдвигается вопрос устойчивого развития регионов и страны в целом, который можно решить путем резкого сокращения потребления вещества и энергии.
Металлопроизводящие и металлообрабатывающие отрасли, и прежде всего обогатительный передел металлургического производства и гальваническая обработка металлов, потребляют большое количество ресурсов и представляют серьезную угрозу для окружающей среды, так как поставляют в природные водоемы тяжелые металлы, которые в отличие: от органических веществ не метаболизируются, а накапливаются и передаются по трофическим цепям, создавая угрозу здоровью человека. Особенно эта проблема остро стоит в Байкальском регионе, так как бассейн р. Ангары ежегодно принимает около 7 % от общего объема загрязненных сточных вод России и превосходит по этому показателю все остальные бассейны страны, кроме Волги с Камой и Окой. Суммарный сброс тяжелых металлов по расчетам А.Н. Баранова и др. в р. Ангару достигает 50 т/год.
Состояние проблемы. На большинстве гальванических производств, в том числе и в бассейне р. Ангары, технологические процессы включают следующие основные операции: обезжиривание, травление, нанесение гальванических покрытий, пассивация и сушка изделий. После каждой операции проводится тщательная промывка деталей и промывные воды с отработанными электролитами направляются на локальную очистку или в городской коллектор коммунальных сточных вод. Локальная очистка включает реагентную обработку известью и флокулянтами для осаждения гидроксидов металлов. Как правило, реагентная обработка не обеспечивает очистку сточных вод до существующих нормативов на сброс сточных вод или для повторного использования в технологическом процессе и требуется
дополнительная их очистка. В процессах гидрометаллургии велики потери металлов при сгущении и необходимы средства и методы выделения металлов в виде пригодном для утилизации. Все это обуславливает необходимость разработки и реализации современных технологий извлечения металлов из сточных вод, позволяющих обеспечить высокую эффективность очистки воды и возможность создания комплексных технологий с замкнутым циклом водопотребления и возвратом отходов в ресурсный цикл.
Значительную проблему представляет утилизация многотоннажных отходов деревопереработки - древесных опилок.
Разработка технологии локальной очистки металлосодержащих сточных вод с одновременной утилизацией древесных опилок в качестве фитосорбента является важной и актуальной задачей.
Представляемая работа выполнена в рамках научно-технической программы 2.01.87 «Человек и окружающая среда», утвержденной приказом Минвуза РСФСР №641 от 10.10.85, координационного планам АН СССР по проблеме «Горные науки», заказ-наряда Минвуза РСФСР и также хоздоговорных работ с Иркутским релейным заводом, Джезказганским НИИПИ Цветмет.
Результаты работы включены в отчеты по госбюджетным темам: № госрегистрации 81098133, 01860096931, а также хоздоговор с Иркутским релейным заводом № 01821027708.
Цель работы. Повысить эффективность работы локальных очистных сооружений гальванического и металлургического производства путем сорбционной очистки с применением фитосорбентов на основе отходов лесопиления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
произвести детальный анализ эффективности существующих схем, технологий и конструкций локальных сорбционных очистных сооружений гальванических и металлургических производств;
исследовать фитосорбенты и разработать технологии их производства;
изучить закономерности, определить термодинамические параметры и выяснить механизмы сорбции металлов фитосорбентами;
определить оптимальные технологические параметры процессов сорбционной очистки сточных вод от тяжелых металлов;
разработать конструкцию локального сорбционного модуля и комплексную схему замкнутого водооборота в гальваническом производстве и металлургии;
выполнить экономическую оценку технологии.
Методы исследования: В работе для решения конкретных задач использовались современные физические и химические методы: ИК, УФ -спектроскопия, фотоколориметрия, атомно-адсорбционная спектроскопия, потенпиометрия, стандартные методики определения качества сточных вод, методы планирования эксперимента, статистика, с использованием современных компьютерных технологий.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
впервые установлена способность фитосорбентов на основе древесных опилок, модифицированных продуктами нового синтеза, эффективно извлекать тяжелые металлы из сточных вод гальванических и металлургических производств;
найдены оптимальные условия синтеза нового класса полусинтетических фитосорбентов;
впервые изучены кинетические и равновесные параметры сорбции модифицированными фитосорбентами различных металлов, рассчитаны термодинамические характеристики процесса;
на основе многофакторного эксперимента получены уравнения, позволяющие оптимизировать сорбционное извлечение металлов;
установлено, что процесс адсорбции осуществляется путем физической и хемосорбции;
показано, что при сорбции из кислой среды идет каталитическое восстановление Сг6+ до Cr +.
Практическая значимость. Выявлен наиболее эффективный и дешевый сорбент для извлечения металлов из сточных вод.
Установлены оптимальные параметры технологии сорбционной очистки.
Разработана конструкция кассетного модульного фильтра и проведено апробирование локальной схемы очистки с введением замкнутого цикла водопотребления.
Предложена технологическая схема локальной очистки сточных вод гальванического цеха АО «Иркутский релейный завод».
Предложена и апробирована технологическая схема локальной очистки сточных вод цеха подготовки шихты Джезказганского горнометаллургического комбината с последующей рекуперацией меди в основной продукт - электролитическую медь.
Реализация результатов работы. Проведены опытно-промышленные и полупромышленные испытания сорбционной очистки сточных вод сливов
сгустителей Джезказганского горнометаллургического комбината и
гальванического цеха АО «Иркутский релейный завод». На основе проведенных испытаний разработана схема локальной очистной установки для сточных вод промывных ванн гальванических цехов, а также
технологическая схема очистки от меди сливов сгустителей ДМЗ.
Предложены способы утилизации отработанного сорбента в
металлургический передел, керамические изделия и железобетон.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на всероссийских и региональных конференциях - Иркутск 1988, Пенза 1988, Красноярск 1988, Севастополь 1988, Красноярск 1996, Иркутск 1996, Иркутск 1997.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 25 научных работы, в том числе получено 4 авторских свидетельства.
Структура и объем работы.