авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 ||

Хозяйственно-питьевоговодопользования в верхнем и среднемприобье

-- [ Страница 8 ] --

При контактеизученных фильтрующих материалов сискусственными водными растворами солянойкислоты, гидроксида натрия, повареннойсоли и хлорной воды химическая стойкость всехматериалов была удовлетворительной, т.е.прирост показателей в агрессивной среде непревышал для сухого остатка 20, дляокисляемости –10, для кремниевой кислоты – 10, для Al 3+ иFe 3+ - 2 мг/л. Проведен спектральныйанализ водных вытяжек. Установлено, чтосодержаниетоксичных элементов, таких как бериллий,молибден, мышьяк, алюминий, хром, кобальт, свинец,серебро, марганец, медь, цинк, железо, стронций,ниже нормативных значений.

Таким образом,полученные предварительные результатыпоказали перспективность примененияместных природных и техногенных минераловв водоподготовке.

Нами проведенылабораторно-производственныеэксперименты по апробации устройств,оказывающих электрофизическоевоздействие на взвешенные частицыпромывных вод, стимулирующее их осаждение;а также изготовлены и исследованы образцыкерамических материалов, в состав сырьядля которых входит 3-8% осадка.

Для регионов с высокимсодержанием железа в подземных водах,используемых для питьевого водоснабжения,источником образования осадка сточных водявляется промывная вода с фильтров, на которыхочищается вода. Ни в Западной Сибири, ни вдругих регионах проблема хранения илиутилизации осадков водоочистки не решенаудовлетворительно. Обычно они складируются наиловых площадках либо захороняются, а чаще – сбрасываются вводные объекты. Количество промывных вод,образующихся при промывке фильтров настанциях обезжелезивания, очень, т.к.составляет около 10% от объема пропущенной черезфильтр воды. В Томске на станцииобезжелезивания со скорых фильтров в годобразуется более 605 т в пересчете на сухоевещество. ЖСО являютсяконцентрированными водными суспензиями,содержащими грубодисперсные примеси, апосле обезвоживания - периодическимиколлоидными структурами. Из-за высокойгидрофильности и непостоянства их составаотсутствуют универсальные способы ихобезвоживания, что необходимо для ихдальнейшей переработки.Задача выделения из сточныхвод трудно оседающих железосодержащих осадков(ЖСО) и их утилизация является одной изсамых сложных в техническом отношении, апотому наименее технологическиразработанной.

Нами была поставленазадача на основе комплексногоресурсосберегающего подхода создатьтехнологию, обеспечивающую ускоренноеотделение осадка из сточных промывных вод,и дальнейшее использование как его, таки осветленной воды.

Для оптимизациипроцесса выделения железосодержащегоосадка изучены его состав и свойства. Онсостоит из минералов, в состав которыхвходит около 20 химических элементов.Основная часть осадка промывных водпредставлена окислами железа в виделепидокрокита, гидрогетита, гидрогематита,окислами марганца в виде манганита,биксбиита, а также карбонатами исульфатами железа, марганца, кальция имагния. В состав также входят оксидыкремния, алюминия, фосфаты железа (штренгитFePO4 · 2H2O), рис. 16. ЧастьFe(OH)3образуется при биохимическом окислениидвухвалентного железа железобактерий.Наши результаты согласованы слитературными данными.

Марганец, сопутствующийжелезу в осадке промывных вод, входит всостав ЖСО в виде Mn-кальцита (Са, Mn)СО3, манганита MnOOH,елизаветинскита (Mn, Со)О[ОН], биксбиита (Fe,Mn)2О3, вада MnO2 · (0-1)MnO · nH2O. Так же, какгидратные формы железа, соединениямарганца весьма прочно удерживаютводу.

Размер частиц осадкалежит в широком диапазоне, при этом большаядоля приходится на фракцию, которую можноотнести к микро- и нано-частицам. Этимобъясняется тот факт, что послеотстаивания даже в течение 9 часовконцентрация железа в промывной водесоставляет 60-70 мг/л. Еще одной причиной,по которой не удается достичь быстрогоосаждения осадка промывных вод, являетсяналичие в осадке органических веществприродного происхождения (частично – связанного сжизнедеятельностью микроорганизмов).Органические вещества играют роль ПАВ,стабилизирующих коллоидное состояниемелких частиц осадка. Таким образом, дляотделения осадка от промывной водынеобходимо нарушение агрегативной иседиментационной устойчивости суспензии.Для этого предложено использоватьэлектрохимическое воздействие.

Нами показано, чтоблагодаря электрообработке воды удаетсянейтрализовать поверхностный заряд частици создать благоприятные условия дляокисления и коагулирования загрязнителей,содержащихся в сточной промывной воде.

Нами выбрано одно изнаправлений утилизации осадков сточныхвод –добавка в сырье для производства керамики.Керамические материалы (КМ) занимаютведущее место среди строительныхматериалов по значимости и объемампроизводства. Применению КМ в различных отраслях, втом числе для водоподготовки, способствуютдоступностьсырья, невысокая себестоимость,возможность изготовления материалов сзаданнымисвойствами, простота технологии получения,долговечность, экологическая чистота.

При производствекерамических строительных материаловиспользуют оксиды железа для снижения температурыобжига. Поэтому логичным было использоватьосадкипромывных вод в качестве добавки ксырьевой массе, предназначенной дляизготовления керамики. Другойутилизируемой добавкой служил стеклобой,придающий материалу прочность. Нами была поставлена задачаполучить из местного сырья (глины) иуказанных выше отходов керамическийматериал. Поскольку представляло интересприменять его в качестве зернистойзагрузки в фильтрах для обезжелезиванияводы, полученный керамический материал мыназвали КФМ – керамический фильтрующий материал.

Для разработкитехнологии получении керамикиучитывалась взаимосвязь способа ееполучения, структуры и физических свойств.При проектировании состава шихты дляпроизводства КФМ необходимо былораскрыть механизм модификационныхпревращений компонентов сырьевой смеси приполучении керамики, установить рольсоединений железа в образованиилегкоплавкой стеклофазы, обосноватьтехнологические приемы, регулирующиесвойстваматериала в зависимости от состава сырья.Оценкавлияния введения железосодержащего осадка(ЖСО) в сырье показала, что осадок являетсяотощающей добавкой, которая снижаетпластичность сырьевой смеси. Содержание в составесырья оксидов железа, а также щелочных ищелочноземельных металлов,присутствующих в ЖСО, обеспечиваетлегкоплавкость глин, способствуетобразованиюкрасного цвета обожженных образцовкерамики. Использование боя листовогостекла в качестве плавня, наряду соксидными соединениями железа, такжеспособствует снижению температурыобжига. Известно, что при производствекирпича добавки оксидов железа могутсоставлять около 3-8 %. Исходя из этихсоображений, добавка железистого осадка приполучении КФМ составила 4-10 % от общей массыисходного материала. Опытным путемустановлена оптимальная концентрацияразмолотого стекла - 3-4 %.

При выполнении работыиспользована методика, соответствующаяклассическим теоретическимпредставлениям. Из проб с разнымсодержанием измельченных глинистых пород,ЖСО и боя листового стекла формовалиобразцы цилиндрической формы диаметром 5 ивысотой 10 мм при удельном давлении 100 МПа.Формование сырцовых гранул размером 10 ммпроизводили на лабораторном прессе.Сформованные гранулы сушили в сушильномшкафу при температуре 200 оС до постоянноймассы. Глубокая термическая обработкапроводилась в лабораторной электрическойпечи с платиновыми нагревателями винтервале от 100 до 1100 оС с изотермической выдержкой втечение 1 часа.

Полученные образцыкерамического фильтрующего материала (КФМ)(рис. 17) и исходные компоненты сырьевойсмеси изучались комплексомфизико-химических методов. Обнаруженытакие минералы, как монотермит, гиперстен,гематит, стеатит. Основную часть (до 80 %) составляюткварц, гематит, ортоклаз, манганит,гидрогетит, пирофиллит.

Нами разработанатехнологическая схема установки дляполучения нового КФМ с добавлениемжелезистых отходов водоочистныхсооружений (патент 34880). Входящие вустановку устройства позволяютосуществить все необходимыетехнологические операции по изготовлениюКФМ: сушку, измельчение, дозированиеисходного материала, гранулирование иобжиг. В результате экспериментальныхисследований был получен

 а) б) Рис. 17. Образецкерамического фильтрующего -46 а) б) Рис. 17. Образецкерамического фильтрующего -47

а) б)

Рис. 17. Образецкерамического фильтрующего материалапосле обжига при 11000С

а – увеличение в 100раз, в –увеличение в 7000 раз.

керамический материал,обладающий комплексом заданных свойств: сопределенной пористостью (в пределах0,48-0,55), плотностью (2,8-3,1 г/см3) и необходимойпрочностью по измельчаемости иистираемости (табл.9).

Таблица9. Физико-механические свойства образцовкерамического фильтрующего

материала. Соотношение компонентов всырье: образец 1 – 4 % ; 2- 6%;

3- 10%железистого осадка. Везде 4 % стеклянногопорошка, глина – остальное.

Номер

образцов

Механическая прочность

Средняя плотность материала,г/см3

Измельчаемость, %

Истираемость, %

1

2,00

0,158

2,8

2 2,05 0,15 3,0
3

2,05

0,15

3,1

Показана возможностьиспользования этого керамическогоматериала в качестве фильтрующей загрузкипри очистке питьевых и сточных вод.Лабораторными исследованиями установлено,что эффект очистки воды от взвешенныхчастиц с использованием КФМ в качествефильтрующей загрузки составил 90-92 %.Высокая эффективность КФМ объясняетсяблизостью состава минералов, входящих вего состав, по отношению к вторичнымминералам, осаждаемым из подземной водыпри ее очистке. Здесь уместенэкологический термин «аборигенный»искусственный минерал.

Выбранные соотношениякомпонентов и технологические условияпозволяют получить материал, отвечающийвсем требованиям ГОСТ Р 51641-2000 "Материалыфильтрующие зернистые. Общие техническиеусловия".

Железосодержащие осадки можноиспользовать также в качестве сорбентовдля извлечения тяжелых металлов из сточныхвод и локализации отходов на иловыхплощадках. Гидрогенное происхождение,высокая пористость, химический составобусловливают его адсорбционные свойства,подобные природным минералам.

Вклассификации по особенностям миграциижелезо и марганец отнесены А.И. Перельманомк группе подвижных и слабоподвижных ввосстановительной глеевой среде иинертных в окислительной ивосстановительной сероводородной.Коэффициент водной миграции 0,02. Показателисодержания элементов в гетите из почвна основных породах (по К. Норришу, М. Вилсону) в %: Fe 51,7-61,9; Mn 0,26-0,50; Co 0,008; Cu 0,08; Mo 0,85; Ni 0,017; V 1,7; Zn1,73-2,35, следовательно, соединения железалегко осаждают кадмий, кобальт, никель,олово, цинк, мышьяк и другие элементы.Важной особенностью при этом являетсяотносительная устойчивость почв в кислых инейтральных восстановительных условиях.Проводя аналогию между геохимическим поведениемгетита почв и гетита ЖСО, можно ожидать, чтоЖСО способенвыполнять роль сорбента для многихметаллов-загрязнителей сточных вод. Дляпроверкиэтой гипотезы нами были выполнены эксперименты поадсорбции тяжелых металлов ЖСО, а такжесмешиванию и совместному хранению осадковсточных вод гальваническихпроизводств, содержащих ряд тяжелыхметаллов, и ЖСО. Использовалисьреальные сточные воды и имитирующие ихмодельные растворы с заданнымсодержанием загрязнителей. О степениочистки воды судили по разности междусодержанием тяжелых металлов в исходнойводе и после контакта с ЖСО. Химические анализы наэлементы проводили по стандартнымметодикам.

Установлены катионы, которые имеютпредпочтительную адсорбцию на ЖСО:Со+2,Со+3, Ni+2, Сa+2, Zn+2, Сd+2, Pb+2, что связано с ихгеохимическими характеристиками.

Получены следующиеряды, различающиеся для исходных вод, взависимости от их состава:

1) Cu > Zn > Co > Pb > Mn;2) Pb > Zn > Cd ; 3) Cu > Pb > Zn > Co > Сd. Можнообъяснить некоторые разногласия ввыявленных закономерностях влияниемвнешних факторов: величины рН, наличиякомплексообразователей, конкурентнойадсорбцией.

Высокая поглощающая способностьЖСО в отношении тяжелых металлов можетбыть использована во-первых, для выделенияиз сточных вод, во-вторых, для обработкиосадков гальванических производств.Возможна организация иловых площадок, кудавместе с ЖСО помещаются осадки сточных водгальванических производств. Дляпредотвращения миграции тяжелых металловза пределы площадки необходимособлюдение последовательности слоев(снизу вверх): глина, ЖСО, осадки сточныхвод, содержащие тяжелые металлы, известь(если рН<7, требуется довести рН до8).

Вглаве 6 проанализированы проблемыуправления качеством водных ресурсов дляустойчивого развитияхозяйственно-питьевого водопотребления.Дана оценка эффективности и достаточностисуществующей системы контроля качестваприродных вод и соответствие ее целямВКХ, рассмотрены экологические имедико-социальные проблемы водоснабженияна примере Томской, Тюменской и Омскойобластей. Показано, что качество питьевойводы должно рассматриваться каккомплексная (экологическая,социально-экономическая инаучно-технологическая) проблема. Напримере региональных программ по питьевойводе разработана схема интеграциигеоэкологической, социальной иэкономической политики при решениипроблем оптимизации водопотребления.Разработана концепция комплексногогеоэкологического мониторинга объектовхозяйственно-питьевого водопользования сцелью контроля геоэкологической ситуациии управления состояниемприродно-технических комплексов, а такжесведения к минимуму экологических итехнических рисков и обеспечения такимобразом геоэкологической безопасностихозяйственно-питьевоговодопользования.

Геоэкологическаябезопасность водохозяйственнойдеятельности (в части, относящейся кводоснабжению и канализации) в Приобье -составная часть стратегии устойчивогоразвития региона и отрасли ВКХ. Цельстратегии экологически целесообразногохозяйственно-питьевого водопользования- устойчивое развитие водопровода иканализации на основесоциально-экономических условий,полностью обеспечивающих потребностинаселения в воде нормативного качества втребуемом количестве при сохранении ивосстановлении природных комплексовбассейна р. Обь.

Рис. 18. Блок-схемасоотношения принципов стратегиигеоэкологической безопасностихозяйственно-питьевого водопользования нагосударственном и региональномуровнях

Заключение

Основным результатомвыполненного исследования являетсярешение актуальной научной и важнойнародно-хозяйственной проблемы – обеспечениегеоэкологической безопасностихозяйственно-питьевого водопользования вВерхнем и Среднем Приобье. Решениепроблемы базируется на комплексноманализе специфики состояния геологическойсреды, гидрогеологических,гидрологических и геохимическихособенностей водных объектов,испытывающих возрастающее негативноевоздействие техногенных факторов,связанных с развитием сырьевых отраслей иурбанизации региона. Основные выводы,отражающие теоретическую и практическуюзначимость работы, сводятся кследующему.

1. Разработана концепциягеоэкологической безопасностихозяйственно-питьевого водопользования врегионе, учитывающаяестественно-природные, техногенные,социально-экономические факторы.

2.Формирование химических имикробиологических показателей качестваприродных вод на участкахурбанизированной территории ЗападнойСибири происходит под влияниемприродных, техногенных факторов и ихкомбинации. Главными природными(естественными) факторами являются, всоответствии с общепринятыми взглядами,геологические, климатические, ландшафтные,связанные с широтной и высотнойзональностью. К антропогенным факторам, сразным вкладом по значимости, взависимости от степени освоениятерритории и типа производственнойдеятельности, относятся структураводопотребления и водоотведения, состав иколичество сточных вод, распределениепромышленных и сельскохозяйственныхтвердых и жидких отходов по территории,массивная вырубка лесов, наличие орошаемыхмассивов и крупных водохранилищ.Значительное изменениегидрогеологических условий наблюдаетсяпри добыче нефти, газа, угля, подземномзахоронении токсичных веществ, приинтенсивной эксплуатации крупныхводозаборов. Трансформация состава водпроисходит как на фоне возрастания, так иснижения общей минерализации. Придлительной эксплуатации скважиннаблюдается рост содержания в подземнойводе кремния, марганца, железа, уменьшениесоотношения Fe+2 : Fe+3.При близком расположении от рек происходитподтягивание загрязненных поверхностныхвод.

3. Разработана концепцияавтокоагуляционного самоочищенияприродных вод в технических системахводоснабжения, Показано, что содержащиесяв воде природные примеси железа, алюминия,кальция, кремния способны обеспечитьсамоочистку, если созданы условия для ихактивации. Изучены возможность иэффективность удаления из воды железа,марганца, кремния, нефтепродуктов, фенола сиспользованием озонирования,высокочастотного импульсногоэлектрохимического воздействия.

4. Универсальной технологии очисткиприродных вод не существует ввиду большогоразнообразия их типов. Однако, несмотря наразнородность и непостоянство,формирование состава и свойств подземныхвод может быть отражено небольшим наборомважнейших показателей, играющих решающуюроль в характере процессов коагуляции,осаждения, адсорбции, катализа,окисления, биохимической деструкции и др.,протекающих в технических системах(устройствах, аппаратах и сооружениях) приобработке воды. Научно обоснованыинтегральные показатели качества сырьевойприродной воды, которые являютсяопределяющими в выборе средств (техникии технологии) ее очистки. К основнымпоказателям подземных вод регионаотносятся минерализация, карбонатнаяжесткость, содержание железа, марганца,соотношение Fe:Mn; перманганатная ибихроматная окисляемость (как косвеннаяхарактеристика содержания органическихвеществ) и их соотношение, рН и Еh. Квторостепенным относятся содержаниеСО2,аммония, сероводорода, кремния.Разработан региональный классификатороптимальных технологий водоподготовки,согласованных с физико-химическимсоставом и реакционной способностьюкомпонентов подземных вод.

5. Обосновананеобходимость обязательноготехнологического моделирования каксовременного элемента проектированияводоочистных технических систем дляполучения взаимосвязей "вода – воздействие", чтопозволяет управлять технической системойводоснабжения. Изучены закономерностиудаления из воды грубодисперсных частицфильтрованием через пористую среду,предложена математическая модельпроцесса.

6. Обосновано, чтосохранение стабильности развитиягеос

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.