Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Давлятерова Роксана Автандиловна. Исследование процессов очистки воды от техногенных загрязнений углеродными волокнистыми сорбентами : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.04 Москва, 2007 179 с., Библиогр.: с. 139-149 РГБ ОД, 61:07-5/4776


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. Анализ состояния проблемы загрязнения поверхностных водЮ

  1. Выявление приоритетных загрязнений поверхностных вод 10

  2. Анализ существующих методов повышения барьерной роли водоочистных сооружений от органических загрязнений 18

  3. Озоно-сорбционная обработка воды 22

1.4 Сорбционная очистка с применением углеродных волокнистых сорбентов
33

1.5. Общая характеристика углеродных сорбентов 39

  1. Механизмы и основные закономерности сорбционных процессов 42

  2. Краткий анализ теоретических исследований по динамике сорбции 45

  3. Сорбция растворенных органических загрязнений из водных растворов 48 Глава 2. Экспериментальное определение сорбционных свойств и характеристик углеродных волокнистых сорбентов 53

  1. Рентгенофазовый анализ 53

  2. Определение удельной поверхности и распределение объема пор углеродных сорбентов 55

  3. Определение сорбционной активности углеродных сорбентов 58

Выводы по главе 2 61

Глава 3. Изучение закономерностей процесса сорбционной очистки воды
от фенола на углеродных волокнистых сорбентах
62

  1. Определение оптимальной массы сорбента для извлечения фенола в статических условиях 63

  2. Равновесная сорбция фенола на углеродных сорбентах 68

  3. Кинетика сорбции фенола на углеродных сорбентах 77

3.4. Динамика сорбции фенола на углеродных сорбентах 81

Выводы по главе 3 86

Глава 4. Исследование эффективности применения углеродных
волокнистых сорбентов в комбинации с озонированием воды
88

  1. Методика проведения лабораторных экспериментов 88

  2. Растворение озона в дистиллированной воде 91

  3. Взаимодействие углеродных сорбентов с озоном в водном растворе 93

  4. Озонирование и сорбция фенола на УВС 95

Выводы по главе 4 102

Глава 5. Испытания эффективности применения углеродных волокнистых сорбентов в условиях искусственного моделирования чрезвычайного

загрязнения воды нефтепродуктами 103

5.1. Лабораторные испытания углеродных волокнистых сорбентов на
повышенных концентрациях нефтепродуктов 103

'2

5.2. Испытания эффективности применения углеродного волокнистого
сорбента на загрязненной нефтепродуктами речной воде на Северном
Ковшовом водозаборе г. Уфы 109

  1. Описание пилотной установки 111

  2. Влияние скорости фильтрования воды на эффективность очистки воды 113

  3. Влияние высоты загрузки углеродного волокнистого материала на эффективность очистки воды 117

Глава 6. Испытания эффективности применения углеродного
волокнистого материала на реальных объектах с целью повышения
барьерных функций очистных сооружений
.....................120

  1. Повышение барьерной роли Южного водозабора г. Уфы с применением углеродных волокнистых сорбентов 120

  2. Повышение барьерных функций водоочистных сооружений г. Череповца порошкообразными активными углями и углеродными волокнистыми сорбентами 124

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 137

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 139

ПРИЛОЖЕНИЯ. 150

Приложение 1. Технико-экономическое сравнение сорбционных фильтров с углеродным волокнистым сорбентом и гранулированным активированным

углем 151

Приложение 2. Методики определения фенола и нефтепродуктов в воде 155

Приложение 3. Результаты динамики сорбции фенола на УВС и ГАУ 161

Приложение 4. Хроматограммы фенола и продуктов его окисления 163

Приложение 5. Документы об испытаниях и внедрении результатов работы

Приложение 6. Методические рекомендаци по применению углеродных
волокнистых сорбентов в процессах очистки воды 170

Приложение 7. Рекомендации на проектирование системы защиты основных сооружений при аварийном загрязнении водоисточника нефтепродуктами на Северном Ковшовом водозаборе (СКВ) г. Уфы 172



Введение диссертации:

Актуальность

В настоящее время особую актуальность приобретает проблема защиты и рационального использования водных ресурсов, подверженных антропогенному и техногенному воздействию.

Учитывая, что изменение отечественных нормативов качества воды направлено на приведение их в соответствие с международными, в ближайшем будущем, следует ожидать ужесточения нормативных показателей, в т.ч. и по содержанию токсичных органических соединений в воде.

На территории России санитарное состояние большинства водоемов далеко от удовлетворительного, вследствии того, что в них обнаруживаются токсичные загрязнения в концентрациях, существенно превышающих нормативные значения.

Наиболее распространенными и одновременно трудноудаляемыми из антропогенных загрязнений являются нефтепродукты и фенолы, именно соединения этих групп чаще определяются, как выходящие за нормы ПДК.

Превышение естественного фона по нефтепродуктам и фенолу может служить указанием на загрязнение водоемов. В загрязненных фенолами природных водах содержание их может достигать десятков и даже сотен микрограммов в 1 дм3.

Предельная допустимая концентрация (ПДК) нефтепродуктов для питьевых вод установлена 100мкг/л [1], для рыбо-хозяйственных водоемов - 50 мкг/л [2], ПДК фенолов составляет .1 мкг/л как для питьевых вод, так и для рыбо-хозяйственных водоемов.

В воде поверхностных водоисточниках содержание нефтепродуктов и фенолов, в основном, составляет 1-15 ПДК [3].

В подземных водах нефтегазоносных районов Западной Сибири содержание нефтепродуктов достигает до 18 ПДК (180 мкг/л), фенолов - до 25 ПДК (до 2,5 мкг/л), а в отдельных случаях их концентрации достигают 10 мкг/л (100 ПДК) [3].

В последние годы антропогенное воздействие приняло глобальный характер, например, серия чрезвычайных ситуаций на территории России (г.Уфа 1986, 1990-1996 гг., Хабаровск 2005 г.), в ходе которых имели место экстраординарные загрязнения водоемов - основных источников водоснабжения крупных городов. Особую опасность для водоемов и населения представляют аварийные сбросы сточных вод с промышленных объектов.

Одним из примеров попадания токсичных веществ в питьевую воду, поступающую потребителю, явилось фенольное загрязнение питьевой воды в апреле 1990 г. в г.Уфе, произошедшее в следствие сброса высококонцентрированных фенольных стоков. При этом максимальная концентрация фенола в воде Южного водозабора достигала 30 ПДК, а уровень содержания фенола в концентрате стока составил 98000 ПДК [4].

В 2005 году, в результате аварийного сброса неочищенных стоков с территории КНР в притоке р.Амур были обнаружены высокие концентрации ароматических вредных соединений, так в воду попало около 100 т нитробензола, бензола, толуола, анилина [5].

Однако, несмотря на достаточно большое количество отечественных и зарубежных разработок, данную проблему нельзя считать решенной.

Основными недостатками традиционных технологических схем являются низкая скорость и недостаточная эффективность удаления растворенных органических и элементорганических веществ техногенного генезиса из воды, а в процессах обработки воды окислительными методами и продуцирование вторичных токсикантов.

Увеличивающиеся масштабы производства, высокая вероятность аварийных, залповых загрязнений воды и повышение требований к качеству воды делают необходимым поиск все более эффективных методов удаления загрязнений из поверхностных вод, которые позволяют глубоко извлекать техногенные примеси и получать питьевую воду в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01.

К таким технологиям относится, прежде всего, сорбционная очистка воды, в т.ч. сорбционная технология водоподготовки с вводом озона.

В последнее время появились новые высокоэффективные сорбенты -углеродные волокнистые материалы. Активированные углеродные и ионообменные волокна являются сорбентами нового поколения [6-8], однако они еще не нашли широкого массового применения. Указанные материалы имеют достаточно высокие показатели сорбционной активности и высокий потенциал потребительских характеристик и поэтому представляют научный и практический интерес для изучения и применения их в процессах очистки воды.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка процессов очистки поверхностных вод от техногенных загрязнений с использованием новых углеродных волокнистых сорбентов (УВС) с изучением их основных характеристик и особенностей свойств.

Основными задачами диссертационной работы являются:

  1. Исследование и выявление особенностей сорбционных свойств и характеристик углеродных волокнистых сорбентов.

  2. Изучение основных закономерностей процесса сорбционной очистки воды на углеродных волокнистых сорбентах.

3. Определение эффективности применения УВС в условиях
экстраординарного загрязнения воды нефтепродуктами.

4. Исследование процессов очистки воды с применением углеродных
волокнистых сорбентов в комбинации с озонированием.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

  1. Определены основные сорбционные характеристики активированных (УВС-А) и карбонизированных (УВС-К) углеродных волокнистых сорбентов, как новых типов сорбентов для очистки воды. Получены константы сорбции и значения сорбционной емкости углеродных волокнистых сорбентов.

  2. Выявлены основные отличия сорбционных характеристик углеродных волокнистых материалов от традиционных гранулированных активных углей

(ГАУ), заключающиеся в высокой начальной скорости сорбции, что позволяет удалять из воды органические загрязнения при малом времени контакта.

3. Определены значения удельной динамической емкости углеродного
волокнистого сорбента и коэффициента защитного действия слоя УВС.

4. Выявлена высокая химическая устойчивость УВС к воздействию озона
в воде.

5. Получены новые данные о ходе процесса сорбции на УВС в
комбинации с озонированием воды. Достигнут высокий эффект удаления
фенола при реализации сорбции на УВС в комбинации с озонированием воды.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных и пилотных установках с реальными водами, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, применением стандартных методов измерения и точного измерительного оборудования.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

по результатам исследований разработаны методические рекомендации по применению углеродного волокнистого сорбента в процессах очистки воды от растворенных органических соединений;

замена сорбционной загрузки ГАУ на углеродный волокнистый сорбент позволяет значительно уменьшить объем и массу сорбционной загрузки и, как следствие, уменьшить габариты сорбционных аппаратов при сохранении производительности и эффективности очистки воды;

показана целесообразность замены фильтров с ГАУ на фильтры с УВС. Расчетный годовой экономический эффект от замены одного сорбционного фильтра составит около 0,7 млн. рублей.

Внедрение результатов работ. Результаты работ внедрены при создании очистных сооружений подготовки воды на Лианозовском молочном комбинате в г. Москве, а также использованы при подготовке:

- рекомендаций на проектирование сооружений противоаварийной
защиты Южного водопровода и Северного ковшового водозабора г. Уфы;

рекомендаций для проектирования сооружений очистки поверхностных вод на фильтрах с загрузкой УВС.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены автором на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам Секция «Химия» «ЛОМОНОСОВ-2004» (г.Москва, 12-15 апреля 2004 г.), «ЛОМОНОСОВ-2005» (г.Москва, 12-15 апреля 2005 г.), на Международном конгрессе «ЭТЭВК-2005» (г.Ялта, 24-27 мая 2005 г.), на Первой Всероссийской Конференции «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» (г.Москва, 7-9 июня 2005 г.), на Четвертой Международной конференции «УГЛЕРОД: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (г.Москва, 26-28 октября 2005 г).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14-ти печатных изданиях, включая 6 статей, 8 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 179 страниц, включая 57 рисунков, 39 таблиц, 4 фотографии, 110 литературных ссылок и 7 приложений.

Автор выражает благодарность за сотрудничество специалистам ОАО «НИИ ВОДІЮ»: коллективу лаборатории глубокой очистки воды, заведующему лабораторией технологии химической очистки и анализа вод, к.т.н. Белевцеву А.Н., к.т.н., с.н.с. Жаворонковой В.И., к.т.н. Свердликову А.А.; сотрудникам кафедры физической химии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова профессору, д.х.н Ткаченко С.Н., доценту, к.х.н. Емельяновой Г.И., с.н.с, к.х.н. Горленко Л.Е, н.с. Ткаченко И.С. и м.н.с. Гайдамаке С.Н., а также своей семье - за поддержку и любовь.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций