«Потенциал интеллектуально одаренной молодежи – развитию науки и образования Материалы III Международного научного форума молодых ученых, студентов и школьников г. Астрахань, 21–25 апреля 2014 г. Том 1 Астрахань 2014 1 ...»
После тщательного экспериментального отбора в соответствии со сформулированными признаками за основу взят метод концентрирования стоков упариванием с получением высококачественного дистиллята, возвращаемого в систему оборотного водоснабжения ЗСВ и концентратов для дальнейшей переработки.
Как указывалось ранее [1,2], установлено, что в обоих потоках не меняется химический состав компонентов, кроме серосодержащих, что было взято за основу разработки способа использования содержащихся компонентов. Это легло в основу разработки «хвостовых установок», которые позволяют полностью реализовать ЗСВ на основе малоотходной технологии.
Значительная часть эксперимента посвящена определению концентраций загрязнителя в предполагаемом конечном продукте, в процессе очистки воды их назвали концентратами. Исследования проводились на модельных и реальных растворах. Оптимальный состав концентратов представлен в таблице 1.
*ЗСВ – Замкнутая система водоснабжения.
Химический состав концентратов, используемый для дальнейшей переработки Так видим, в результате концентрирования, получены растворы, в которых концентрации веществ, прядильно-ткацкого предприятия являются оптимальными для дальнейшего его использования при получении гидроизоляционного кровельного материала и др. строительных материалов. Такой состав концентрата возможно получить при концентрировании стока в 6-8 раз, он не требует дополнительной обработки и срок хранения до 60-70 дней.
1. Москвичева Е. В. Ресурсосберегающие процессы как основа экологически чистых технологий гальванического хромирования из водных и неводных сред : дис…. докт. техн. наук. – М., 1998. – 358 с.
2. Степанов Б. И. Введение в химию и технологию органических красителей. – М. : – 1984.
3. Выпарные вертикальные трубчатые аппараты общего назначения : каталог. – М. : ЦНТИхимнефтемаш, 1972. – 36 с.
4. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии : учеб. для вузов. – М. : Химия, 1995. – 400 с. – Ч. 1.
Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты.
5. Гордеева Н. В., Романова М. Г., Ратновская Е. Д. Кубовые красители в текстильной промышленности. – М. : Легкая индустрия, 1979. – 205 с.
ПОЛУЧЕНИЕ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
ИЗ ОТХОДОВ ТАБАЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Волгоградский государственный архитектурно – строительный университет, Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд. тонн отходов, но используется в качестве вторичного сырья только 28, 6% из них. Огромные территории земли заняты под свалки и полигоны, где хранятся до 90 млрд. тонн отходов.В табачной отрасли Российской Федерации эта проблема также актуальна, так как при ежегодном производстве порядка 410 млрд. шт. сигарет, промышленных отходов образуется свыше 15 тыс. тонн.
Часть отходов идёт на производство восстановленного табака, а часть так называемых невозвратных отходов или табачная пыль, имеющая в своём составе до 50 % минеральных примесей, захоранивается на специальных полигонах и поэтому является предметом для исследований по эффективной её утилизации.
В качестве примера рационального использования отходов табачной промышленности – выбрано предприятие ООО «Империал Тобакко Волга», расположенное в Дзержинском районе г. Волгограда, а предметом исследования – отходы, образующиеся при производстве табака.
Следует отметить, все отходы, содержащие продукты переработки табака относятся к 3-5 классу опасности. На рассматриваемом предприятии их объем от общего составляет не менее 1935 т/год. Именно поэтому весьма перспективным направлением является возможность повторного использования отходов табачной промышленности.
В связи с ужесточением требований к составу сточных вод, разрешенных к сбросу в канализационную сеть города, для предприятия ООО «Империал Тобакко Волга», весьма актуальной задачей является разработка ресурсосберегающих технологий, позволяющих применять для очистки сточных вод нетрадиционных, доступных и дешевых способов, с целью их повторного использования.
Сегодня существуют различные способы очистки промышленных сточных вод от вредных примесей, для этого применяются многоступенчатые установки, которые предполагают использование дорогих фильтровальных и сорбционных материалов, а так же коагулянтов и флокулянтов [1]. Одним из наиболее эффективных методов очистки загрязненных производственных стоков являются сорбционные.
При этом традиционные виды сорбентов (активированные угли, цеолиты, глинистые породы) часто заменяются на материалы, полученные из вторичного сырья, в частности, отходов производства. Так, для очистки промышленных сточных вод все большее применение находят, сорбенты на основе отходов растительного происхождения – солома злаковых культур, шелуха гречихи, риса, лузга подсолнечника, свекловичный жом, ореховая скорлупа и другие [3].
На основании этих данных была рассмотрена возможность использования модифицированных отходов табачной промышленности в качестве сорбента для доочистки производственных стоков на предприятии ООО «Империал Тобакко Волга».
Исходя, из анализа литературных источников [2,3] и проведенных в лабораторных условиях исследований установлено, что стоки, образующиеся на рассматриваемой табачной фабрики, имеют многокомпонентный состав и характеризуются высоким содержанием растворенных органических веществ (ХПК и БПК), содержат нефтепродукты и взвешенные вещества. При разовых «залповых» сбросах сточных вод значения ХПК могут достигать 2500 мгО2/л и более. Подробный состав сточных вод, образующихся на предприятии, представлен в таблице 1.
Состав сточных вод, образующихся на предприятии ООО «Империал Тобакко Волга»
Наименование На основании таблицы 1, можно сделать вывод о том, что основное загрязнение сточных вод, происходит в месте отбора проб №1- линия ESS.
Согласно предварительным лабораторным исследованиям, было установлено, что сорбционный метод является наиболее эффективным, простым в аппаратурном оформлении и автоматизации процесса очистки.
Для получения сорбента, за основу были взяты образцы отходов, образующиеся при производстве табачной продукции на предприятие ООО «Империал Тобакко Волга».
Как известно, основной характеристикой сорбента является сорбционная емкость – зависимость количества извлеченного элемента из водного раствора при той или иной исходной концентрации [2]. Изучив и проанализировав общую характеристику отходов, были проведены исследования, в результате, которых выявлено, что наибольшей сорбционной емкостью обладает табачная пыль. Так как, в чистом виде табачную пыль, использовать в качестве сорбционного материала недостаточно эффективно, то данный отход был модифицирован и получен смешанный реагент (СР), при котором эффект очистки сточных вод возрастает в несколько раз.
Для исследований применялись отходы, образующиеся в технологическом процессе производства табачно-махорочных изделий – табачная пыль с размером частиц от 10 до 20 мкм.
Навеску табачной пыли обрабатывали раствором - модификатором, выдерживали 48 ч при комнатной температуре, затем высушивали до постоянной массы при 110 0С. Сухие остатки измельчали до крупности частиц < 1 мм, затем последовательно отмывали дистиллированной водой, после чего высушивали до постоянной массы.
Для подтверждения эффективности использования в качестве сорбента для очистки сточных вод СР, полученного путем модификации табачной пыли, были приготовлены модельные растворы на основании таблицы 1.
Учитывая, что эффективность сорбционной очистки максимальна при pH = 7,0 – 7,6, pH сточных вод поддерживали в указанном диапазоне.
Таким образом, в ходе лабораторных исследований была выявлена возможность используемого материала – СР для очистки сточных вод, имеющих многокомпонентный состав.
1. Москвичева Е. В., Сахарова А. А., Гончар Ю. Н. [и др.] Очистка сточных вод с использованием смешанного реагента полученного из нефтяного отхода // Вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та. Сер. : Строительство и архитектура. – Волгоград : ВолгГАСУ, 2013. – Вып. 34 (53). – C. 114–121.
2. Климов Е. С., Бузаева М. В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. – Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 201 с.
3. Сомин В. А., Фогель А. А., Комарова Л. Ф. Способ получения сорбционного материала // Патент на изобретение РФ №2460580, 2012.
К ВОПРОСУ О СНИЖЕНИИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПРИРОДНЫХ ВОД
В последние годы для очистки природных вод все большее распространение находят минеральные алюмосиликатные адсорбенты: различные глины, опоки, цеолиты, цеолитсодержащие породы и т.д., которые характеризуются высокой поглотительной способностью, устойчивостью к воздействиям окружающей среды и могут служить прекрасными носителями для закрепления на поверхности различных соединений при их модификации. В связи с этим большой практический интерес в технологии очистки сточных вод представляет использование нетрадиционных, доступных и дешевых сорбентов.Поэтому, на сегодняшний день, актуален вопрос разработки технологии получения сорбционного материала для очистки природных вод, позволяющего достигать высокую степень очистки воды, значительно снижать стоимость очистки, способного к регенерации своих сорбционных свойств; материала, утилизация которого возможна без вреда для окружающей среды.
В целом ряде регионов России вода подземных источников характеризуется повышенным солесодержанием. Часто для использования воды, содержащей значительное количество растворенных солей, для технологических или хозяйственно-бытовых нужд требуется ее обессоливание. Это связано с жесткими требованиями по качеству и составу воды в технологических процессах разного рода производств, а также для бесперебойной работы бытовых приборов [1].
Обессоливание воды означает уменьшение содержания в ней растворенных солей. Этот процесс называют также деионизацией, или деминерализацией.
В настоящее время подход к очистке обозначенных вод различен. Существуют следующие способы обессоливания природных вод: термический, ионообменный, мембранный, обратный осмос, электродиализ, сорбционный метод обессоливания природных вод [2].
Сорбционный метод является наиболее эффективным, простым в аппаратурном оформлении и автоматизации процесса очистки, при условии выбора дешевого сорбционного материала.
Объектом исследования служил минерал. Предварительная подготовка которого проводилась следующим образом: минерал подвергался дроблению, промывке водой и сушке при температуре 105о С в течение 1,5 часов.
Основной характеристикой сорбционного материала является величина сорбционной емкости – зависимость количества извлеченного элемента из водного раствора при той или иной исходной концентрации. Для ее определения из приготовленных модельных растворов, концентрация растворенных солей в которых составляла 500; 1000; 2000 и 3000 мг/л отбирали по 25 мл и переносили в конические колбы на 100 мл. Далее в колбы вносили по 10 мг исследуемого материала.
Подготовленные образцы раствора закрывали пробками и взбалтывали на встряхивателе 30 мин.
После взбалтывания суспензию переносят в пробирки для центрифугирования и центрифугировали мин. Затем осторожно отбирали пипеткой 5 – 10 мл фугата и определяют его оптическую плотность. Результаты представлены на рис.1.
Рис. 1. Зависимость сорбционной емкости исследуемого материала от исходной концентрации солесодержания в воде Анализ кривых извлечения показывает, что при содержании элементов в растворе от 100 до 1000 мг/л возможно полное извлечение металла из обрабатываемой воды рассматриваемым материалом. При значительных концентрациях в растворе наблюдается достаточно высокий эффект извлечения (89 – 95%).
В ходе лабораторных исследований изучалось влияние размера частиц сорбционного материала на эффективность очистки, так как его уменьшение приводит к увеличению площади контакта сорбента с очищаемой водой и, как следствие, значительно повышает величину адсорбции загрязняющих веществ из раствора. Известно, что чрезмерное увеличение удельной поверхности сорбента путем сверхтонкого измельчения приводит к нарушению его структуры и вследствие этого – к изменению в ту или иную сторону сорбционных свойств. Поэтому при использовании сорбентов необходимо определить оптимальную дисперсность частиц.
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что при увеличении значений удельной поверхности сорбента его сорбционные свойства возрастают, до определенного момента, а затем снижаются. Существует оптимальная крупность рассматриваемого материала, при которой сорбционная емкость достигает своего максимума и использование сорбента с более высокой степенью измельчения не приводит к значительному улучшению сорбционных характеристик, а только резко увеличивает стоимость подготовки сорбента.
Показатель рН оказывает существенное влияние на протекание практически всех физикохимических процессов.
Анализируя результаты, можно утверждать, что наиболее полное обессоливание из воды происходит при рН от 7 до 7,5, а снижение сорбционной емкости в кислой среде свидетельствует о том, что часть сорбента расходуется на нейтрализацию раствора. Таким образом, способность рассматриваемого минерала подщелачивать воду при его растворении оказывает лишь позитивное влияние на процесс адсорбции.
Таким образом, в ходе лабораторных исследований была выявлена возможность использования исследуемого материала для обессоливания воды. Определена сорбционная емкость рассматриваемого минерала, оптимальные размеры частиц материала, его расход и рН очищаемой среды.
1. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М. : ОАО «ЦПП», 2002. – 97 с.
2. Гребенюк В. Д., Мазо А. А. Обессоливание воды ионитами. – М. : Химия, 1980. – 256 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
ИЗБЫТОЧНЫМ АКТИВНЫМ ИЛОМ
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, Рост народа населения и стремительно растущая урбанизация, приводят к повышению антропогенной нагрузки на биосферу. Увеличение количества отходов поступающих в окружающую среду приводят к серьезным изменениям, тем самым, нанося вред не только ей, но и ставя под угрозу здоровье людей.Очистка сточных вод предохраняет от загрязнения водоемы, но сам процесс порождает источник вторичного загрязнения отработанный активный ил.
В общей проблеме очистки сточных вод обработка осадков представляет собой сложный и еще окончательно не решенный вопрос. Если сточные воды после надлежавшей очистки снова возвращаются в кругооборот (в водоем или на повторное использование), то выделенные в процессе очистки осадки постоянно накапливаются и проблема их размещения и удаления с каждым годом становится всё более острой. В особенности это относится к органическим осадкам станций биологической очистки городских вод [1].
Помимо ценных компонентов в состав избыточного ила входят вещества, обладающие общетоксическим, канцерогенными и другими негативными свойствами. Избыточные активные илы содержат высокие концентрации тяжелых металлов, таких как Cr, Cd, Hg, Cu, Pb, Co, Zn, Mo, патогенную микрофлору, это делает невозможным применение илов и осадков в сельском хозяйстве (таблица 1, таблица 2).
*Помимо приведенных, в осадках содержится ряд других соединений и микроэлементов Еще одна проблема, приводящая к серьезным изменениям окружающей среды связанна с загрязнением почв нефтепродуктами. Рекультивация нефтезагрязненных почв на сегодняшний день является одной из трудноразрешимых задач. Совокупность современных технологий не позволяет достичь полного восстановления исходных фитоценозов, так как это процесс может занимать очень длительные промежутки времени. Все вышесказанное обуславливает поиск новых решений и разработки новых технологий, позволяющих ускорить процессы разложения нефтепродуктов с сохранением природных свойств почвы.
Ил, выделенный, в процессе биологической очистки нефтесодержащих сточных вод содержит, штаммы нефтедеструктирующих микроорганизмов. Учитывая высокую удобрительную ценность избыточных активных илов систем биологической очистки городских сточных вод, можно рассмотреть комплексный подход решения таких проблем как, рекультивация нефтезагрязненных почв и утилизация избыточных активного ила.
Как показали исследования при внесении ила в почву, загрязненную нефтью содержание гумуса увеличилось. Через год содержание гумуса в почве с илом сравнялось с содержанием гумуса в варианте почва + ил + нефть, что, вероятно, связано с частичной гумификацией компонентов нефти. Загрязнение почвы нефтью практически не влияет на содержание подвижного фосфора в почве, тогда как внесение ила сильно его повышает, что объясняется привнесением этих соединений в почву вместе с илом. И через год сохраняется та же картина. Содержание общего азота в почве при загрязнении нефтью снижается, очевидно, за счет расширения соотношения C:N в почве. Однако в иле содержится значительное количество азотистых соединений и в нем активно работают микроорганизмы, участвующие в круговороте азота. Его внесение в загрязненную почву способствует активизации микробиологических процессов азотного цикла.
В основе синтеза гумусовых компонентов почвы лежат окислительно-восстановительные процессы, в которых в качестве катализаторов участвуют ферменты, выделяемые микроорганизмами. Среди них большую роль играет каталаза. Первоначально загрязнение нефтью почвы резко угнетает активность каталазы, которая с течением времени возрастает, превышая значения в образцах контрольных участков.
Внесение избыточного активного ила в почву резко усиливает активность каталазы в течение всего периода рекультивации. В присутствии избыточного активного ила и нефти повышается активность каталазы, а к концу эксперимента ее активность совпадает с активностью каталазы в почве, удобренной илом и существенно выше, чем в контрольной почве.
Результаты проведенных исследований показали, что поведение соединений металлов в системе почва - почвенный раствор - растение, т.е. их биодоступность, обусловлены химическими свойствами металлов, и, в первую очередь, степенью растворимости или устойчивостью их солей. На основании выполненного исследования можно сделать вывод, что перехода в растения соединений металлов из ила внесенного в почву, не наблюдается [2].
1. Монгайт Л. И., Гаврилов М. И. Тепловая обработка осадков сточных вод наука - строительному производству. – М. :
Стройиздат, 1981. – 3 с.
2. Ерохина Н. И. Экологическая оценка ила сточных вод и возможность его использования в биоремедиации нефтезагрязненных почв : автореферат канд. биолог. наук: 03.02.08. – Уфа : РГБ, 2012. – 11 с.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, Перспективный путь развития научно технологического комплекса, удовлетворяющего нынешним тенденциям, находится в области разработки научных обоснований современных технологий, а также поиска решений по усовершенствованию наличествующих, с целью увеличения эффективности, экологичности и экономичности процессов, наращивание сырьевой базы, создание новых веществ обладающих предварительно заданными характеристиками. В этой концепции значимую роль приобрели работы, направленные на совершенствование методов биологической очистки сточных вод.Повсеместная распространенность, как наиболее экономически выгодной, системы биологической очистки с использованием активного ила и последующие его отделение, позволяет очищать сточные воды от органических и неорганических антропогенных загрязнителей. Однако, на сегодняшний день этот процесс порождает ряд проблем, основная из которых, связанна с тем, что при биологической очистке сточных вод, из за пассивации микроорганизмов, тяжело добиться удаления до требуемых норм содержания таких загрязнителей как, ПАВ и тяжелых металлов. В виду вышесказанного следует, что для более глубокой очистки сточных вод необходимо использование комбинированных технологий биохимической очистки с использованием физико-химических методов, а это в свою очередь, несомненно, приведет к увеличению объемов капиталовложений.
Учитывая тот факт, что при биологической очистки сточных вод, содержащих высокие концентрации тяжелых металлов, происходит их многократное накопление активным илом, следовательно, разработка инженерно-технических решений по извлечению тяжелых металлов из городских сточных вод позволит увеличить эффективность биологической очистки, как с экологической, так и с экономической стороны.
Проведенный анализ методов очистки сточных вод от тяжелых металлов, показывает, что наиболее универсальным является сорбционный. Сорбция является наиболее общим процессом, а в отношении практики водоочистки больше представляет интерес процесс адсорбции. Адсорбция растворенных веществ является результатом перехода молекул растворенного вещества из объема раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом конкурируют два вида межмолекулярного взаимодействия: гидратация молекул растворенного вещества, т. е. взаимодействие их с молекулами воды в растворе, и взаимодействие молекул адсорбирующегося вещества с атомами поверхности твердого тела [1].
Учитывая специфику данного гидробионта – активного ила, а именно строение клетки, площадь поверхности которой существенно превышает площадь поверхности активированного угля в сопоставимых единицах. Главной задачей переработки стало получение смешенного вещества без разрушения гидробионта отработанного активного ила, что позволяет производить селективное извлечение и подготавливать сток.
«