Сорбционная очистка сточных вод от тяжелых металлов материалами на основе кремнистых пород

• Автор: Фоминых, Ирина Михайловна
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Тяжелые металлы в природных и сточных водах

1.2. Основные методы очистки сточных вод.

1.3. Сорбенты в процессах очистки воды.

1.3.1. Искусственные сорбенты

1.3.2. Природные сорбенты

1.4. Постановка задачи исследования

2. СОСТАВ И СВОЙСТВА КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ СОРБЕНТОВ.

2.1. Характеристика кремнистых пород.

2.2. Химический состав сорбентов.
2.3. Гранулометрический состав.
2.4. Плотность и пористость
2.5. Механическая прочность
2.6. Химическая стойкость материалов.
2.7. Санитарногигиенические показатели
2.8. Радиационногигиеническая оценка и термическая устойчивость
2.9. Изучение процесса взаимодействия тяжелых металлов с крем
нийсодержащими сорбентами
2.9.1. Теория процесса и основные расчетные формулы
2.9.2. Потенциометрическое титрование
2.9.3. ИКспектроскопические исследования
Выводы.
3. СОРБЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
КРЕМНИИСОДЕРЖАЩИМИ СОРБЕНТАМИ
3.1. Сорбция тяжелых металлов в статических условиях.
3.1.1. Определение энергии активации.
3.1.2. Определение природы взаимодействия
3.1.3. Влияние раствора
3.1.4. Влияние электролитов.
3.2. Определение динамической емкости сорбентов
3.3. Регенерация сорбентов.
Выводы
4. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ
СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ.
4.1. Рекомендации но применению сорбентов.
4.2. Испытания сорбентов
4.3. Техникоэкономические расчеты
4.4. Применение сорбентов в процессах очистки воды
4.4.1. Реагентносорбционная технология.
4.4.2. Мембранносорбционная технология.
4.4.3. Сорбционная технология.
4.5. Утилизация сорбентов.
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Река Чусовая в верховьях испытывает негативное влияние сточных вод промышленных предприятий и коммунального хозяйства города Полевского. В воде реки отмечается превышение предельно допустимых концентраций: цинка (1,8 ПДК), меди (,2 ПДК), железа общего (2,1 ПДК), марганца (7,0 ПДК), азота нитритного (1,3 ПДК), фторидов (1,1 ПДК) []. Многие исследователи придают первостепенное значение аккумуляции металлов растениями [5]. Между тем масштаб аккумуляции металлов в донных отложениях весьма велик и воздействием только высшей водной растительности данный процесс не объясняется. Загрязняющие компоненты, попадая в водные объекты, в первую очередь вступают в реакции гидролиза, реагируют с растворенными в воде минеральными и органическими веществами. При этом образуются выпадающие в осадок гидроокислы и соли металлов. Снижение скорости потока, проходящего через заросли макрофитов, способствует оседанию взвешенных частиц, как образующихся в результате выше указанных процессов, так и поступающих со сточными водами. Поскольку сорбция тяжелых металлов органическим веществом илов имеет физическую природу [6], то при изменении условий среды возникает возможность вторичного загрязнения. Из литературных данных известно, что к вторичному загрязнению могут привести такие факторы, как понижение величины pH, повышение концентрации растворенных органических веществ, смена температурных условий и т. Растворенные в природной воде органические вещества способствуют десорбции тяжелых металлов из донных отложений, так как образуют очень устойчивые металлорганические комплексы. Повышение концентрации растворенных органических веществ приводит к увеличению содержания растворимых форм металлов в водных объектах. Увеличение содержания растворенных органических веществ в воде происходит в осенний период в результате отмирания фитопланктона и высшей водной растительности. Процесс десорбции тяжелых металлов за счет комплексообразования с органическими лигандами, являясь гетерогенным процессом, включает в себя несколько стадий: подвод лиганда к поверхности сорбента; диффузия лиганда в поровом пространстве (внутренняя диффузия); непосредственно ком-плексообразование; внутренняя диффузия образовавшихся комплексов; отвод комплексов в пространство раствора. Ил-Мет * ? Мет-1, - растворимые органические комплексы. Г - коэффициент распределения металла между сорбированной и растворенной фазами. Ь] - концентрация лигандов. Мет - Ь] = Кусг • [Мет] • Ь] = • Сс / Г • [/. Таким образом, вторичное загрязнение за счет комплексообразования будет зависеть от следующих факторов: химической природы растворенные органические вещества (Куст); прочности связи металл - сорбент (Г); содержания металла в сорбированной фазе (Сс); концентрации органического лиганда ([/>]). Повышение концентрации органических лигандов [Ц в воде приведет к смещению равновесия в уравнении (4) и повышению концентрации комплексов [Мет - Л] за счет десорбции металлов. Хотя металлы попадают в водную среду в незначительных количествах, они могут представлять опасность, концентрируясь в поверхностной пленке, осадке и биоте. Например, планктон способен концентрировать медь в ООО раз больше по сравнению с фоновым содержанием. Концентрация металлов в донном осадке также на несколько порядков выше, чем в воде. Большинство металлов в водной среде обладает достаточно высокой реакционной способностью, принимая участие в образовании химических комплексов. Токсические характеристики металлов во многом зависят от типа химического комплекса, в который они входят. Например, токсичность меди зависит от таких образований, какСиСОз, Си(СОд)]', СиОН* и Си2(ОН>2+. Металлы-примеси в слабокислых водных растворах находятся в истинно-растворенном состоянии - форме гидратированных катионов [Ме(Н)п]г+ и гидроксокомплексов переменного состава [Ме(Н)п. Н)х](г'х^. Мс(Н)п,(0Н)Г'н + Н - [Мс(Н)„. Н)2](г-2н + Н+, [Ме(Н)„. Н)2](г-2* + Н ~ [Ме(Н)п. Н)з]('-^ + Н+, [Ме(Н)п. Н)з](г-^ + Н - [Ме(Н)„_|(ОН)з](г'4)+ + Н+. Ниже приведены зависимости содержания гидроксокомплексов меди, цинка и никеля в зависимости от pH раствора (рис.