Разработка метода очистки загрязненных вод от тяжелых металлов и органических веществ сочетанием физико-химических и естественно-биологических процессов

• Автор: Лапа, Надежда Николаевна
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 202 с. : ил.

Глава I. Современное состояние исследований по воздействию излучения на окружающую среду
1. Окружающая среда как сложная система
1.1. Природная среда. Современное состояние
1.2. Антропогенное изъятие биосферных ресурсов
1.2.1.Земля
1.2.2. Вода
1.2.3. Лес
1.2.4. Кислород
1.3. Техногенное загрязнение среды
1.3.1. Воздух
1.3.2. Вода
1.4. Влияние состояния окружающей среды на здоровье людей
2. Воздействие света на биологические объекты
2.1. Анализ спектра солнечного и космического излучения и его влияния на биологические объекты
2.2. Общая характеристика эффекта
2.3. Действие лазерного излучения на биологические объекты
2.3.1. Инактивация фагов и плазмид
2.3.2. Инактивация клеток
2.3.3. Взаимодействие лазерного излучения с биологической тканью
3. Лазерное излучение и его взаимодействие с органическим и неорганическим веществом
3.1. Лазерное излучение
3.2. Вещество
3.3. Взаимодействие лазерного излучения с органическим веществом
3.3.1. Объекты селективной лазерной фотофизики и фотохимии
3.3.2. Фотовозбуждение
3.3.3. Селективная лазерная биохимия
3.3.4. Селективное возбуждение оснований в ДНК
3.3.5. Пространственная локализация молекулярных связей
3.4. Взаимодействие лазерного излучения с неорганическим веществом
3.4.1.Изменение оптических характеристик твердых тел под действием мощного лазерного облучения
3.4.2.Резонансное взаимодействие импульсного лазерного излучения с полупроводниками и метатлами — объемные и поверхностные эффекты
3.4.3.Тепловые эффекты при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом
4. Роль излучения в физико-химических процессах, происходящих в водных средах
4.1. Солнечное излучение
4.2. УФ-излучение
4.2.1. Принцип действия установок УФ-обеззараживания воды
4.2.2. Основные причины распространенности метода
4.2.3. Универсальность и эффективность поражения микроорганизмов
4.2.4. Безопасность метода для природы и человека
4.3. Лазерное излучение

5. Современные методы очистки воды
5.1. Фильтрация
5.2. Аэрация
5.3. Химическая коагуляция
5.4. Поглощение активированным углем
5.5. Ионный обмен
5.6. Мембранный процесс
5.7. Сорбционные методы очистки
5.8. Биохимические методы очистки
5.9. Остальные способы водоподготовки
5.10. Постановка задачи
Глава II. Экспериментальная часть
1. Эксперимент по изучению жизнедеятельности растений в присутствии высоких концентраций металлов и влияние на процессы самоочищения солнечного излучения
1.1. Биоиндикация стока с помощью высших водных растений
1.2. Виды загрязнений и каналы самоочищения водной среды
1.3. Физико-химические процессы на границе раздела фаз
1.4. Микробиологическое самоочищение
1.5. Химическое самоочищение
1.5.1. Фотолиз
1.6. Результаты проведенного эксперимента
2. Эксперимент по изучению влияния на процессы самоочищения реактива
Фентона
Глава III. Исследование воздействия лазерного излучения на загрязняющие вещества в водных средах
1. Реактивы и материалы
2. Стандартное оборудование и средства измерений
2.1. Основное оборудование
2.2. Методы измерения
2.3. Обработка результатов измерений. Оценка повторяемости результата
3. Экспериментальная установка
4. Оце}ючный расчет мощности излучения
5. Общая характеристика проблемы и некоторые определения
5.1. Получение и стабилизация наночастиц
5.2. Теоретические методы исследования
5.3. Фото- и радиационно-химическое восстановление
5.3. Организация и самоорганизация коллоидных структур
5.5. Энергия ионизации
6. Нелинейная регрессия
7. Технико-экономическое обоснование целесообразности применения
метода лазерной активации загрязненной воды
Заключение
Список литературы

Актуальность исследования. Диссертационная работа посвящена разработке научно-технических основ очистки загрязненных вод от тяжелых металлов и органических веществ сочетанием физико-химических и естественно-биологических методов.
Основной проблемой, возникающей при попадании тяжелых металлов в природные воды, особенно в завышенных концентрациях, является нарушение экологического равновесия, приводящее к значительному ухудшению состояния флоры и фауны, отравлению людей самими тяжелыми металлами или продуктами, в которых они способны накапливаться.
Целый ряд особенностей, присущих фотохимическим процессам, делает весьма перспективным их применение в различных отраслях промышленности. К достоинствам фотохимических реакций относится легкость регулирования их скорости в широких пределах с изменением интенсивности светового потока, быстрое и полное их приостановление с прекращением облучения. Кроме того, многие фотохимические процессы безреагентны или требуют малых затрат реагентов.
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.
Ионы металлов также являются непременными компонентами природных водоемов. Исследования по изучению влияния лазерного излучения на содержание в воде ионов этих металлов представляют собой интерес с точки зрения возможной разработки технологического процесса по изъятию тяжелых металлов из природных и сточных вод.
Таким образом, возможность преобразования изучаемых соединений и форм тяжелых металлов под действием неионизирующего излучения пред-

типичное различие спектров оснований. В этом случае может оказаться достаточно селективной двухступенчатая фотоионизация через электронновозбужденное состояние продукта реакции цитозина и гидроксиламина.
Можно также попытаться селективно «пометить» одно из оснований, например, молекулами красителя, имеющего полосы поглощения в видимой области. В этом случае достаточно будет осуществить ионизацию селективно-присоединенных молекул красителя [38].
3.4. Взаимодействие лазерного излучения с неорганическим веществом
3.4.1.Изменение оптических характеристик твердых тел под действием мощного лазерного обличения
Под действием мощного лазерного излучения может измениться температура материала, а с нею и его оптические характеристики. Если лазерно-индуцированный нагрев среды достаточно велик, чтобы произошел фазовый переход твердое тело — расплав, то, естественно, оптические характеристики среды могут испытать при этом кардинальные изменения. Например, кремний, германий, полупроводники группы А3В5 в расплавленном состоянии демонстрируют металлические свойства [40].
Перечислим несколько подробнее изменения оптических свойств полупроводниковых материалов при интенсивном лазерном облучении, вызванные фотогенерацией свободных носителей.
Во-первых, скорость, с которой происходит фотогенерация свободных носителей,
г а!
и »

(/ - интенсивность света внутри полупроводника), при достаточно большом значении I может превысить скорость рекомбинации электронно-дырочных пар. Как результат распределение свободных носителей может существенно измениться по сравнению со случаем слабого светового поля — включается механизм поглощения свободными носителями, который при малых свето-