2
Содержание
Стр.
Реферат 4
Список сокращений 5
Введение 6
ГЛАВА 1 Литературный обзор 7
1.1. Механизм адсорбционных процессов 7
1.2. Очистка сточных вод угольными адсорбентами. 11
1.3. Очистка сточных вод ионообменными смолами. 25
1.3.1. Механизм ионообменных процессов. 25
1.3.2. Отравление ионитов. 32
1.3.3. Электрохимическая регенерация ионитов. 35 1.4. Вредное воздействие рассолов и соленых вод на окружающую 35 среду
Выводы из литературного обзора. 37
Цели и задачи исследования 38
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования 39
2.1. Объекты исследований. 39
2.2. Методы исследований. 42
2.2.1. Химический анализ сточных вод. 42
2.2.2. Изучение процессов электроадсорбции и элсктрорегенерации. 42
2.2.3. Определение максимальной адсорбционной ёмкости 45
2.2.4. Изучение процессов электрохимической регенерации 46
анионообменных смол.
2.2.5. Электрохимическая регенерация катионобменных смол. 47
2.2.6. Изучение распределения потенциала по толщине электрода. 47
2.2.7. Электрокорректирование pH. 47
ГЛАВА 3 Изучение процессов адсорбции, электроадсорбции и 49
электрорегенерации на модельных системах.
3.1. Изучение процесса адсорбции без наложения электрического 49 поля на угольные электроды.
3.2. Изучение процессов электроадсорбции и электрорегенерации. 49
3.2.1. Изучение процессов электроадсорбции (и=2 В) и 49
электродесорбции при напряжениях 2,5 и 36 В.
3.2.2. Изучение процессов электроадсорбции и электрорегенерации 54 при напряжениях 2, 5 и 36 В.
3.3. Определение максимальной адсорбционной ёмкости адсорбента. 60
3.4. Вычисление кажущейся константы скорости электроадсорбции 60
ГЛАВА 4. Использование процессов электроадсорбции и 75
электродесорбции в процессе уМЯ1ЧСНИЯ вод.
4.1. Оценка влияния межэлектродного расстояния на эффективность 76 электроадсорбции.
4.2. Определение максимальной адсорбционной ёмкости 81
4.3. Определение кажущейся константы скорости элеюгроадсорбции 82
ГЛАВА 5. Использование процессов электроадсорбции и 93
3
Стр.
электрорегенерации для очистки ливневых вод.
5.1. Выбор напряжения для проведения процесса электроадсорбции 93
5.2. Изучение процессов электроадсорбции и электрорегенерации при 94 постоянных электрических параметрах
5.3. Определение максимальной адсорбционной ёмкости 108
5.4. Определение кажущейся константы скорости электроадсорбции 109
ГЛАВА 6. Электрохимическая регенерация ионообменных смол 125
6.1. Электрохимическая регенерация анионообменных смол 125
6.1.1. Электрохимическая регенерация анионообменной смолы АВ- 125 17-8
6.1.2. Изучение процесса электрохимической регенерации 130 анионообменной смолы АН-31
6.2. Электрохимическая регенерация катионообменной смолы КУ-2-8 135
6.3. Регенерация ионообменныхс мол при помощи электрокорректора 138 pH
6.3.1. Регенерация АН-31 139
6.3.2.Регенерация АВ-17-8 140
6.3.3. Регенерация КУ-2-8 141
6.4. Моделирование процесса электрохимической регенерации 143
анионообменных смол.
ГЛАВА 7. Рекомендации по использованию результатов 161
исследования и эколого-экономическое обоснование работы
7.1. Разработка технологической схемы умягчения природных вод 161 электроадсорбционным способом
7.2. Очистка гальванических стоков ОАСО «Вымпел» от 163 водорастворимых примесей для возврата вод в производство
7.3. Разработка технологической схемы доочистки ливневых вод 165 электроадсорбционным способом
7.3. Расчет платы за сбросы загрязняющих веществ в размерах, не 171
превышающих предельно допустимые нормативы сбросов
7.4. Плата за сброс загрязняющих веществ в пределах установленных 172 лимитов
7.5. Затраты на очистку сточных вод 174
7.6. Расчет экономического эффекта природоохранного мероприятия 175
Общие выводы 180
Список использованных источников 181
ПРИЛОЖЕНИЕ
Акт о разработке рабочей документации установки по 1
электроадсорбционной очистке сточных вод
Смета стоимости станции доочистки ливневых вод 2
18
исходного сорбента авторы использовали активированный уголь СИТ-1. Поляризация образца проводилась постоянным током в ячейке с разделённым катодным и анодным пространством. Исследования показали, что адсорбция ионов кальция начиналась при pH > 4, ионов стронция при pH > 6. Максимальная адсорбция наблюдалась для обоих катионов при pH = 10,5 - 11,5. Данные рентгенофазового анализа свидетельствуют о том, что ионы стронция на катоднополяризованной поверхности угля выделялись, в основном, в виде 8гСОз и частично в виде 8г(ОН)г, ионы кальция - в виде СаСОз. Десорбция проводится промыванием соляной кислотой. При этом десорбируется 23 % от адсорбированного количества ионов стронция и, примерно, 50 % от адсорбированного количества ионов кальция.
В [45] описано устройство для электрохимического извлечения тяжёлых металлов из сточных вод представляет собой камеру с электродами противоположной полярности. Катоды являются объёмными электродами в форме кассет, ограниченных проницаемыми стенками и загруженных активированным гранулированным углём в объём которого помещена металлическая сетка. Регенерация загрузки производится при подаче анодного потенциала. Сетка выполнена из титана.
В работе [46] изучен процесс сорбции ионов тяжелых металлов на объёмно-пористом катоде. Определено влияние pH раствора, плотности тока, концентрации исследуемых ионов в растворе, времени на величину адсорбции ионов тяжёлых металлов. Исследовано участие поверхностных функциональных групп в процессе электросорбции ионов тяжелых металлов из сточных вод.
Авторами [47] исследовано электролитическое извлечение меди из разбавленных сернокислых растворов (10*4 М Си804 + 0,5 М Н2$04) на проточные углеграфитовые катоды в прямоточном режиме. Показано, что степень восстановления меди, а также равномерность её распределения по толщине электрода зависит от условий элетролиза. Установлено, что на основе волокнистых углеграфитовых электродов можно создавать электролизёры, позволяющие извлекать медь из сернокислых растворов более чем на 99 %, до содержаний, соответствующих ПДК, при производительности по раствору 30
3 2
м /ч, считая на 1 м габаритной поверхности электрода.
Перхлорат аммония и ионы тяжёлых металлов могут удаляться адсорбцией на электродах, выполненных из углеродного аэрогельного композита (УАК), нового материала, разработанного в Лоуренсовской Ливерморской национальной лаборатории, путём склеивания с титановой пластинкой.
Органические примеси рекомендуется удалять из воды фотохимическим окислением (ультрафиолетовое облучение в присутствии перекиси водорода Н2()2). После фотохимической обработки остаточные органические и неорганические ионы могут быть удалены с применением УАК [48].
В работе [49] кратко описан новый процесс «ёмкостной деионизации», который позволяет деионизировать и очищать воду при затратах 3,5...7,0 кВтч/дм3 против 44 на выпаривание или 5,5 - 7,7 кВтч/дм на обратный осмос.
19
Преимущества: малое падение давления, отсутствие мембран и вторичных отходов. Загрязнённая вода течёт по спирали в элегсгрохим и ческой камере между электродами, покрытыми высокопористым углеродным аэрозолем, полученным из тонких углеродных листов воздействием резорцинола и формальдегида с последующей карбонизацией в вакууме или инертной атмосфере при 1000 °С. Прототип с 768 электродами снижал концентрацию солей с 100 мг/дм3 до менее 1 мг/дм3 за проход. Аэрозоль легко регенерируется при выключении напряжения.
В фильтрующем аппарате создаётся электрическое поле с напряжением 10...40 В между слоем угля, который является катодом и стенкой аппарата, являющейся анодом. В фильтре на твёрдой основе должно быть больше 50 % активированного угля.
Способ может применяться для очистки воды от радиоактивных, химических, биологических загрязняющих веществ. Допускается увеличение нагрузки по обеззараживанию воды в три раза без изменения условий эксплуатации [50].
В [51] предлагается конструкция электрохимической ячейки с пористыми углеродными электродами, обеспечивающая удаление ионов хрома (III) и хрома (IV). В ходе обработки сточной воды ионы хрома (IV) электролитически восстанавливаются и осаждаются в виде металла или его нерастворимых соединений внутри пор электрода. Приведены варианты конструктивного оформления электрохимической ячейки, основным элементом которой является многослойный модуль, включающий полупроницаемую мембрану, разделяющую катодную и анодную часть, пористый углеродный слой и корпус. Взаиморасположение этих слоёв может быть различным. Мри варьировании комбинаций модулей и направление потоков обеспечивается коррекция pH, восстановление хрома, осаждение, ней трализация.
Для очистки производственных сточных вод в проточном режиме можно использовать карбонизированные электроды для удаления ионов тяжёлых металлов. Электроды выполняются в виде плоских пластин. При толщине
'У л
пластины электрода 10 мм и скорости протока электролита 3,6 м /ч м степень извлечения ионов ртути и кадмия достигала 98 % [52].
Реактор для электрохимической очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов содержит п катодов и и+1 чередующихся анодов. Электроды выполняются съёмными и собираются в кассету, отдельную для электрода каждой полярности. Кассета состоит из двух прямоугольных параллельных рамок, связанных между собой по вертикали. Объёмные катоды имеют гранулированную загрузку из токопроводящего материала, снабжены проницаемой для электролита оболочкой из минерального волокна и ПХВ сетки. После насыщения загрузки катодов металлами, катоды извлекают и регенерируют известными способами [53].
Авторами [54] на примере мезопористого исходного и окисленного азотной кислотой НЫОз углеродного адсорбента изучена электроадсорбция ионов кальция Са2+ при катодной поляризации. Влияние катодной поляризации на электроадсорбцию Са24 на исходном сорбенте незначительно.
- Київ+380960830922