Исследование процесса очистки сточных вод от неионогенных поверхностно-активных веществ в угольных биосорберах

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Природа, свойства и классификация синтетических поверхностноактивных веществ. Неионогенные поверхностно-активные вещества. 8
1.2. Коллоидно-химические свойства водных растворов неионогенных поверхностно-активных веществ. 12
1.3. Краткий обзор методов очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. 16
1.4. Адсорбционное удаление неиоиогенных поверхностно-активных веществ из водных растворов и сточных вод. 21
1.5. Биологическая деградация неионогенных поверхностно-активных веществ и доступность их для биоокислсния. 32
1.6. Биосорбция и биорегсиерация в процессах очистки сточных вод
от неионогенных поверхностно-активных веществ. 38
1.7. Постановка задачи исследования. 49
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПРОМЫШЛЕННЫХ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К НЕИОНОГЕННЫМ ПОВЕРХНОСТНОАКТИВНЫМ ВЕЩЕСТВАМ 51
2.1. Изотермы адсорбции и их анализ. 51
ГЛАВА 3. КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ И БИООКИСЛЕНИЯ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ 66
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АДСОРБЦИИ. БИОСОРБЦИИ И БИОРЕГЕНЕРАЦИИ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ 73
4.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований. 73
4.3. Определение оптимального времени отдельной биорегенерации. ГЛАВА 5. АДСОРБЦИОННАЯ И БИОСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ОТ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ СТОЧНЫХ ВОД ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. ОЦЕНКА БИОРЕГЕНЕРАЦИИ АДСОРБЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ
5.1. Исследование процессов адсорбционной и биосорбционной очистки химзагрязненного стока Казанского химкомбината им. Вахитова
5.2. Оценка токсичности сточной воды Казанского химкомбината им. Вахитова и очищенной воды.
ГЛАВА 6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ОТ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
6.1. Описание математической модели процесса отдельной биорегенерации.
6.2. Обсуждение результатов расчёта процесса биологической регенерации активированного угля.
6.3. Выводы.
ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В УГОЛЬНЫХ БИОСОРБЕРАХ
7.1. Разработка исходных данных для технологического проектирования и определение затрат на биосорбционную очистку сточных вод
7.2. Расчет технико-экономической эффективности процесса комплексной очистки сточных вод
12
1.2. Коллоидно-химические свойства водных растворов неноногенных поверхностно-активных веществ.
Для всех синтетических и большей части природных поверхностноактивных веществ характерна ассоциация молекул или ионов в мицеллы, размерами от нескольких нанометров до микрометра, если концентрация раствора превышает некоторую величину, называемую критической концентрацией мнцеллообразования (ККМ). Причиной мицеллобразования является наличие в молекуле сильно полярной группы и гидрофобного радикала. Одна из групп обуславливает тенденцию к растворимости, другая препятствует ей. При образовании конгломератов возникает энергетически наиболее выгодное состояние системы /1/. Достигнув критической концентрации мицеллобразования, физическое состояние растворов ПАВ изменяется скачкообразно. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ в растворе резкое изменение свойств последнего наблюдается обычно ещё несколько раз, что даёт основание говорить о второй (и последующих) критических концентрациях мицеллобразования /31. При еще более высоких концентрациях происходит перестройка мицелл и их быстрый рост и, наконец, образование осадка или расслаивание раствора 13/.
Образование мицелл в водных растворах ПАВ при достижении критической концентрации, характерной для каждого вещества и зависящей от его строения, следует рассматривать как возникновение двухфазных систем высокой степени дисперсности. В этих системах длинноцепочечные поверхностно-активные ионы (или молекулы) находятся в равновесии с мицеллами различной структуры. Присугствие в растворах ПАВ электролитов смещает это равновесие и приводит к уменьшению ККМ.
Несмотря на многие общие черты образования и поведения мицелл в растворах ионогенных и неионогенных ПАВ, эти процессы все же существенно различаются, что делает более удобным раздельное рассмотрение коллоидно-химических свойств этих групп ПАВ.
Величина ККМ любого ПАВ сильно зависит от свойств окружающей среды /14/. Влияние неорганических солей на ККМ ПАВ наиболее подробно изучено в водных растворах /3/. Отмечено, что с увеличением содержания
13
солей в растворе критическая концентрация мицеллообразования уменьшается /1,3,14/.
Растворы неионогенных ПАВ также могут в определенной области концентраций приобретать мицеллярную структуру. Однако условия мицеллообразования в растворах неионогенных ПАВ существенно отличаются от условий ассоциации ионов в растворах ионогенных ПАВ. В то время, как агрегация ионных ПАВ обусловлена вандсрваальсовским притяжением углеводородных цепей, значительно превосходящих по размерам гидрофильные полярные группы, и ограничивается отталкиванием этих групп, в растворах неионогенных ПАВ доминирующая роль принадлежит стерическому фактору, связанному с поперечным сечением гидрофильной группы молекул /3/.
Повышение концентрации раствора НПАВ приводит к дальнейшему увеличению ахрегации мицелл /31.
Райх /3/ предполагает, что раствор неионогенного ПАВ содержххт смесь агрегатов различных размеров, характеризующуюся определенным равновесным распределением, которое соответствует минимуму свободной энергии системы. В качестве модели углеводородной части молекулы ПАВ Райх рассмотрел водный раствор алифатического углеводорода. В таком растворе каждая молекула углеводорода проявляет тенденцию к сворачиванию, так как сегменты углеводородной цепи вытесняются из воды и объединяются друг с другом в результате вандерваальсовского притяжения. Как молекулы углеводородов (или углеводородные радикалы неионогенных ПАВ), так и их ах-регаты представляют собой плотно упакованные сферы, не содержащие включений молекул воды. Гидрофильные группы, естественно, оказываются на внешней поверхности ах-регатов и с увеличением степени ассоциации все большая часть углеводородной поверхности экранируется полярными хфуппами. Агрегация завершается, когда углеводородная поверхность экранирование гидрофильными группами полностью. Достигшие таких размеров и экранированные полярными группами ассоциаты молекул неионогенных ПАВ были названы Райхом «завершенными мицеллами».
Накагава и Курияма /14/ предложили теорию ассоциации молекул неионогенных ПАВ, в которой основным фактором, препятствующим