Экологически безопасное водопользование с применением технологических решений на основе новых сорбционных материалов : на примере Алтайского края

• Автор: Сомин, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 25.00.27
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 265 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ 11 РЕСУРСОВ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
1.1 Поверхностные водные объекты Алтайского края
1.1.1 Классификация поверхностных водных объектов Алтайского края
1.1.2 Антропогенное воздействие на водоемы Алтайского края
1.1.2.1 Водопотребление и водоотведение
1.1.2.2 Источники загрязнения и экологическое состояние водных объектов
1.2 Подземные воды Алтайского края
1.2.1 Региональные особенности подземных вод Алтайского края
1.2.2 Использование подземных вод в экономике региона
1.2.3 Загрязнение подземных вод
1.3 Типизация выявленных проблем водоснабжения и водоотведения в 36 Алтайском крае
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
2.1 Теоретические аспекты удаления загрязнений из воды
2.1.1 Классификация изотерм сорбции
2.1.2 Структура адсорбентов
2.2 Способы получения сорбентов для очистки воды
2.2.1 Сорбенты на основе минерального сырья
2.2.2 Сорбенты на основе органического сырья
2.3 Методы защиты водных ресурсов от загрязнения соединениями
металлов и нефтепродуктами
2.3.1 Очистка воды от соединений тяжелых металлов
2.3.2 Удаление нефтепродуктов из воды
2.3.3 Снижение жесткости воды
ГЛАВА 3 МЕТОДИКИ АНАЛИЗА И ЭКСПЕРИМЕНТОВ
3.1 Методики анализа загрязнений в воде
3.2 Методики определения физико-механических свойств сорбентов
3.3 Методика получения сорбционных материалов

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЧИСТКЕ ВОДЫ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Физико-механические свойства и структура сорбентов
4.1.1 Физико-механические свойства материалов
4.1.2 Рентгеноспектральный анализ материалов
4.1.3 Функциональный состав материалов
4.1.4 Структура и химический состав материалов
4.2 Очистка воды от соединений тяжелых металлов
4.2.1 Сорбенты на основе древесных опилок
4.2.2 Сорбенты на основе лузги подсолнечника
4.2.3 Сорбенты на основе лузги гречихи
4.3 Очистка воды нефтепродуктов
4.4 Исследования по умягчению воды
4.5 Изучение механизмов сорбции и ионного обмена
ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОЧИСТКИ ВОДЫ 205 ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ АЛТАЙСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ
5 .1 Схема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов
5.2 Схема очистки подземных вод от солей жесткости
5 .3 Реализация технологических схем очистки воды на территории
Алтайского края
5 .4 Оценка экономической эффективности предлагаемых схем очистки
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Рациональное использование водных ресурсов является одним из приоритетных направлений в области охраны окружающей среды. Стремительно растущая потребность в воде и ограниченность ее запасов наряду с удорожанием процессов водоподготовки приводят к необходимости создания новых технологий обработки воды.
Существенные ограничения для водопользования возникают в связи с природными и антропогенными изменениями химического состава вод. Основной вклад в загрязнение реки Оби и ее притоков вносят сточные воды промышленных предприятий, содержащие различные соединения, в том числе нефтепродукты и тяжелые металлы. Последние при взаимодействии с другими веществами могут образовывать весьма токсичные соединения и способны накапливаться в организмах в количествах, многократно превышающих их содержание в водных объектах. Эго может вызывать повреждение нервной системы, раковые заболевания и ряд других заболеваний. В Алтайском крае основными источниками поступления таких соединений в водные объекты являются гальванические, нефтехимические и ряд других производств. Попадая в водные объекты, загрязненные воды ухудшают их качество, уменьшая возможности предоставления населению и многим отраслям хозяйства различных ресурсов. Одновременно с этим часть районов Алтайского края не имеет подземных вод с оптимальным солевым составом, что является одной из причин высокой заболеваемости жителей этих районов мочекаменной и желчекаменной болезнью. При этом высокое содержание солей жесткости обусловливает необходимость умягчения природных вод для хозяйственно-питьевых и технических нужд.
Снижение стоимости процессов очистки воды и водоподготовки возможно путем создания новых технологий обработки воды, основанных на использовании современных высокоэффективных сорбционно-ионообменных материалов, которые должны удовлетворять следующим требованиям: быть доступными, иметь высокую механическую прочность, способность к многократной регенерации, устойчивость к агрессивным средам. Такие сорбенты можно

водами металлургических, силикатных, текстильных и других предприятий. ПДК ионов магния для водоемов рыбохозяйственного значения составляет 40 мг/л [24].
В соответствии с требованиями СаиПиН 2.1.4.1074-01 значение общей жесткости в питьевой воде не должно превышать 7 мг-экв/л [25]. Вместе с тем отдельные виды производств предъявляют к технологической воде требования глубокого ее умягчения Например, питательная вода паровых электрических котлов с абсолютным давлением до ОД 7 МПа не должна содержать более 0,01 мг- экв/л ионов жесткости [20], что предполагает необходимость применения специальных методов умягчения воды
Таким образом, в результате проведенного анализа выявлены основные проблемы, свя {энные с некачественным водоснабжением населения и промышленности Алтайского края, которые во многом определяются следующими факторами.
- нерациональным водопользованием, в т.ч. использованием воды питьевого качества для производственных и технических нужд,
- большими потерями воды вследствие низкого качества установленной арматуры и уровня ее эксплуатации;
-- неудовлетворительным состоянием водопроводных сетей в результате их износ а;
- загрязнением природных источников водоснабжения;
- неэффективным использованием подземных вод из-за недостаточной изученности гидрогеологических условий и сложившейся практики проектирования, направленной на применение типовых решений и проектов, не учитывающих всех природных и экономических факторов;
- о'чл! с гвием эффективного учета и контроля над использованием воды;
- нелпсганс-шостью ресурсов, выделяемых для развития системы питьевого водоснабжения
Б целом в подземных водах края наиболее часто отмечается превышение ПДК по солеожчкию железа, марганца, жёсткости, мутности, минерализации,