Разработка сорбционной технологии извлечения меди, железа и цезия из природных вод угольно-кремнистыми материалами

• Автор: Брызгалова, Наталья Владимировна
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 156 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Загрязнение источников водоснабжения как один из факторов разрушения биосферы

1.2. Качество природной и водопроводной воды.

1.3. Существующие методы очистки воды от тяжелых металлов

1.4. Сорбенты

1.4.1. Органические иониты.

1.4.2. Неорганические иониты.

1.5. Постановка задачи исследования

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЕНТОВ

2.1. Методы анализа и исследования.
2.2. Активные угли.
2.3. Опоки.
2.4. Результаты исследования материалов
2.5. Радиационногигиеническая оценка .
2.6. Термическая устойчивость
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3.1. Сорбция меди в статических условиях.
3.1.1. Теоретические представления о сорбции примесей воды в статических условиях
3.1.2. Методика и техника проведения эксперимента
3.1.3. Определение природы взаимодействия сорбента.
3.1.4. Энергия активации.
3.1.5. Определение лимитирующей стадии.
3.1.6. Зависимость сорбции ионов меди от раствора.
3.2. Сорбция меди в динамических условиях
3.2.1. Индивидуальные загрузки
3.2.2. Смешанные загрузки.
3.3. Исследование процесса методом ИКспектроскопии .
3.3.1. Физическая адсорбция и хемосорбция.
3.3.2. Особенности адсорбции примесей твердыми телами из водных растворов
3.3.3. ИКспектроскопия углей.
3.3.4. ИКспектроскопия опок
3.4. Исследования процесса сорбции в железа и цезия.
3.4.1. Методики эксперимента и анализа
3.4.2. Сорбция железа углем БАУ и опоками Сухоложского месторождения общего железа.
3.4.3. Сорбция радиоактивного цезия углем БАУ и опоками Сухоложского месторождения
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОРБЕНТОВ
4.1. Анализ работы локальных установок индивидуального и коллективного пользования.
4.2. Выбор сорбентов для очистки природной и доочистки водопроводной воды
4.3. Устройство и описание опытной установки Акварос
4.4. Результаты испытаний установки с угольно кремнистым фильтром
4.5. Утилизация сорбентов.
4.6. Рекомендации по применению угольно кремнистых загрузок
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


В клетках медь находится в виде комплексных соединений с биологически активными веществами, такими, как аминокислоты, нуклеиновые кислоты, биогенные амины и гормоны. В обычных условиях человек получает с пищей 2-5 мг меди в сутки. При напряженной мышечной деятельности потребность в меди возрастает до 7 мг в сутки. Если поступление меди в организм превышает суточную потребность, наступает отравление. Механизм токсичного действия заключается в способности ионов меди блокировать Б-Н-группы белков, в особенности ферментов. Соединения меди повышают проницаемость мембран митохондрий. Острая интоксикация соединениями меди сопровождается гемолизом эритроцитов, возникают нарушения метаболизма моноаминов. Концентрация и форма нахождения меди в водных системах зависят от следующих процессов: коа1уляции, осаждения, сорбции, комплексообразования и хелатообразования с растворенными органическими и неорганическими лигандами. Примерно % поступающей в окружающую среду меди имеет антропогенное происхождение. В водной среде медь может находиться в трех основных формах: взвешенной, коллоидной и растворенной. Растворенная форма включает в себя свободные ионы меди и ее комплексные соединения с органическими и неорганическими лигандами. С гуминовыми веществами пресных вод связано более % находящихся в них меди. Содержание растворенных форм меди в незагрязненных пресных водах обычно колеблется от 0,5 до 1,0 мкг/дм . Значительно более высокое содержание (0- мкг/дм3) характерно для горнорудных районов, а также в период половодий. В процессе обеззараживания воды, содержащей гуминовые кислоты, происходит вторичное загрязнение питьевой воды токсинами, мутагенными и канцерогенными органическими соединениями. Получены также результаты, указывающие не только на снижение эффекта водоочистки в присутствии гуминовых кислот, в том числе от тяжелых металлов, но и на токсикологическую опасность питьевых вод, содержащих одновременно гуминовые кислоты и тяжелые металлы. На стадии обеззараживании малотоксичные комплексные соединения тяжелых металлов с гуминовыми кислотами распадаются на ионы тяжелых металлов и лиганды. Дальнейшее взаимодействие гуминовых кислот с обеззараживающим агентом могут придать реакции распада комплексов необратимый характер. Аналогичные процессы вероятны и при потреблении питьевой воды человеком. Действие “активного хлора” (С, СЮ‘) вызывает наиболее полное выделение ионов металлов. Обработка воды переменным электрическим током, изменение величины pH и температуры также способствуют частичному выделению металлов из комплексов. Практически любое воздействие вызывает распад комплексов гуминовых веществ и фульвокислот с медью. Для “выхода” из комплексов свинца и кадмия необходимо дополнительное нагревание водной фазы или присутствие “активного хлора” соответственно. Процесс “выхода” металлов из комплексов в нейтральной среде увеличивается в ряду: РЬ2+<Сс+<Си2+. Повышение кислотности водной фазы приводит к увеличению степени разрушения комплексных соединений. Таким образом, при подготовке питьевой воды традиционными способами, а также с использованием новых технологий обеззараживания, например, озонирования, воздействия физических полей в природной воде могут происходить процессы, приводящие к поступлению токсичных металлов, находящихся в связанной нетоксичной форме с гуминовыми веществами и фульвокислотами природных вод, в питьевую воду в биодоступной форме. Для повышения надежности водоочистки в отношении тяжелых металлов требуются специальные методы очистки, основанные на применении селективных сорбентов. В настоящее время преобладающее число водотоков и водоемов в России и странах СНГ не соответствует требованиям, предъявляемым к источникам питьевого водоснабжения. Повышенная антропогенная нагрузка на водоемы питьевого водопользования способствует образованию в них коллоидных систем, увеличивающих мутность природной воды. В результате предварительного и повторного хлорирования на станциях водоочистки содержание остаточного хлора у потребителей находится на уровне 0,2-0,3 мг/дм3.