Очищення стічних і поверхневих вод від іонів амонію та феруму глинистими мінералами Сумської області

Abstract

Дисертаційна робота присвячена підвищенню рівня екологічної безпеки шляхом розроблення технології адсорбційного очищення стоків і вод систем зворотного водопостачання від сполук амонію та Феруму із застосуванням місцевих глинистих сорбентів. Вивчено структуру, хімічний та мінеральний склад глинистих порід з шести родовищ Сумської області. Вивчено оптимальні параметри процесу адсорбції на місцевих глинистих сорбентах. Вивчено ізотерми та встановлено коефіцієнти в рівняннях адсорбції Ленгмюра та Фрейндліха. Експериментально підтверджена залежність адсорбційних властивостей від мінерального складу глин. Доведено, що для ефективної адсорбції іонів Феруму та амонію сприятливою є присутність в структурі глин не мнеш, ніж 10-15 % монтморилоніту. При переважанні каолінітової складової використання сорбентів при очищенні водних середовищ від амонію є недоцільним, через низьку активність адсорбенту. Розроблено і перевірено на адекватність математичну модель масоперенесення в системі «рідина – тверде тіло» в статичних умовах та інженерну методику розрахунку, що дозволяє встановити конструктивні і режимні параметри адсорбційного реактора. Розроблено апаратурно-технологічну схему очищення води від сполук Феруму та амонію з використанням глинистих сорбентів. Дослідно-промислові випробування технології очищення від Феруму проведено в Сумському державному науково-дослідному інституті мінеральних добрив і пігментів. Експериментальні дослідження промислової установки показали високу якість очищення води, що використовується в технології виробництва диоксиду титану пігментного на етапі «білої» фільтрації, та дозволили знизити навантаження на поверхневі водні об’єкти за рахунок створення замкненої системи промивних вод. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/27701

Диссертация посвящена повышению уровня экологической безопасности путем разработки технологии адсорбционной очистки сточных вод и систем оборотного водоснабжения от соединений аммония и железа с применением местных глинистых сорбентов. Проведена оценка качественных и количественных показателей степени загрязненности поверхностных вод Сумской области соединениями аммония и железа. Определены источники поступления наиболее загрязненных стоков. Установлены превышения ГДК указанных загрязнителей, определены предприятия, сточные воды которых наносят наибольший ущерб экологической безопасности поверхностных водоемов. Рассчитано, что годовой ионный сток аммония в поверхностные воды с территории Сумской области составил 7,4 тыс. т, железа – 885 т сверх фонового содержания. Вычислен размер убытков от сбросов сверхнормативных количеств исследуемых ионов, который составил суммарно 518 284 грн в год. На основании ресурсно-сырьевой базы глинистых минералов Сумщины определены перспективные сорбенты для водоочистных технологий из шести месторождений области. Изучены их структура, химический и минеральный состав. Результаты изучения микроструктуры поверхности и рентгенофазового анализа позволило разделить исследуемые глинистые сорбенты на две группы. Наличие в составе образцов минерала монтмориллонита обеспечивает адсорбционную активность за счет наличия раздвижной кристаллической структуры, способствующей проникновению молекул воды и обменных катионов в межслоевое пространство. Присутствие каолинита в составе глинистых пород понижает их адсорбционные способности, что обусловлено их жесткой кристаллической структурой и отсутствием внутрикристаллического набухания. Экспериментально исследован процесс адсорбции ионов аммония и железа из модельных растворов глинистыми адсорбентами, проанализированы кинетические кривые, изотермы адсорбции, определены константы в уравнениях Ленгмюра и Фрейндлиха. Установлено, что лучшими сорбционными свойствами обладают глинистые породы с содержанием монтмориллонита не меньше 10-15 %, тогда как преобладание каолинитовой минеральной составляющей негативно сказывается на адсорбции ионов аммония при достаточно удовлетворительной способности к адсорбции ионов железа. Построена математическая модель массопереноса в системе «раствор – твердое тело» в статических условиях, на основании которой создана инженерная методика расчета оптимальных рабочих параметров адсорбционного реактора. Разработана и проверена на адекватность математическая модель массопереноса в системе «жидкость - твердое тело» в статических условиях и инженерная методика расчета, которая позволяет установить конструктивные и режимные параметры адсорбционного реактора. Разработана аппаратурно-технологическая схема очистки воды от соединений железа и аммония с использованием глинистых сорбентов. Опытно-промышленные испытания технологии очистки от железа проведены в Сумском государственном научно-исследовательском институте минеральных удобрений и пигментов. Экспериментальные исследования промышленной установки показали высокое качество очистки воды, используемой в технологии производства двуокиси титана пигментной на этапе «белой» фильтрации, что позволило снизить нагрузку на поверхностные водные объекты за счет создания замкнутой системы промывных вод. Экономический эффект от внедрения технологии адсорбционной очистки при производстве двуокиси титана пигментной при условии среднегодового производства готового продукта в объеме 40 тыс. т, составит 119 600 грн. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/27701

The thesis deals with the raising environmental security by developing adsorption technologies at sewage and water systems back from ammonium compounds and Iron by using local clay sorbents. The structure, chemical and mineral composition of clay rocks of the six fields of Sumy region were studied. The optimal parameters of adsorption on the local clay sorbents were studied. Isotherm and the coefficient set in the adsorption equations of Langmuir and Freundlich were created. The dependence of adsorption properties of the mineral composition of clays was experimentally confirmed. It was shown that efficient adsorption of iron and ammonium ions reached supportive presence in the structure of clays was no less than 10-15% montmorillonite. The purification of water from ammonium by sorbents with the predominance of kaolinite component is impractical because of low adsorbent activity. Developed and tested for adequacy of mathematical model mass transfer in the system "liquid - solid" in static conditions and engineering design procedure allows to set design and regime parameters of adsorption reactor. A hardwaretechnological scheme of water purification from iron and ammonium compounds using clay sorbents was created. Experimental-industrial testing technology treatment of iron was conducted in Sumy State Scientific Research Institute of fertilizers and pigments. Experimental studies of industrial installations have shown high quality of water used in the production technology of titanium dioxide pigment at the stage of "white" filter, and allowed to reduce the load on surface water bodies through a closed system of rinse waters. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/27701