Delist.ru

Физико-химические и экологические аспекты утилизации органо-минеральных сточных вод предприятий химической промышленности (15.08.2007)

Автор: Юстратов Владимир Петрович

2. Способы повышения адсорбционной емкости активных углей.

3. Безотходная адсорбционно-мембранная технология переработки малоконцентрированных сточных вод производства капролактама.

4. Математическая модель электродиализа на основе теории случайных процессов.

5. Технологические решения по переработке производственных органо-минеральных смесей на основе электромембранных процессов, направленные на ресурсосбережение и повышение экологической безопасности производства.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач работы, теоретическом обосновании путей их реализации, интерпретации полученных результатов.

В диссертации обобщен комплекс исследований, выполненных лично автором или при участии коллег и аспирантов кафедры, в том числе аспирантов, выполнивших диссертационные работы под руководством автора: Т.В. Астраковой (2000 г.), О.А. Алексеевой (2004 г.), Ю.В. Соловьевой (2006 г.).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), Международной конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 1995; Томск, 1996; Красноярск, 1997), Международном экологическом конгрессе (Воронеж, 1996), Всероссийской конференции «Физико-химические основы и практическое применение ионообменных процессов» (Воронеж, 1996), Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Экватек) (Москва, 1996, 1998, 2000, 2004, 2006), Международной конференции «Реформирование экономики региона: опыт, проблемы, перспективы» (Кемерово, 1996), Всероссийской конференции «Электрохимия органических соединений» (Новочеркасск, 1998), Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2000 - 2003), Международной научно-практической конференции «Человек и окружающая природная среда» (Пенза, 2000), Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово, 2001), Международной научно-практической конференции «Человек, среда, вселенная» (Иркутск, 2001), Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2002), Международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2002), Всероссийской конференции «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2004), Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2005) и др.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 73 работы, в том числе 3 монографии, 35 статей, 33 материала докладов на международных и республиканских конференциях, 2 патента, в автореферате приводятся основные 52 публикации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), экспериментальной части (глава 2-5), выводов, списка литературы, включающего 403 библиографических ссылки. Работа изложена на 374 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы, 106 рисунков и приложение – 41 страница.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации; сформулированы цель и задачи работы; представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе, являющейся литературным обзором, проанализировано современное состояние проблемы. Дана комплексная оценка среды обитания и состояния здоровья населения г. Кемерово и Кузбасса. Приведены количественный, качественный состав, класс опасности и токсичное действие на здоровье человека компонентов сточных вод предприятий химической промышленности – основных источников загрязнения р. Томь. Показана связь между загрязнением р. Томь и качеством воды систем централизованного водоснабжения городов Кузбасса. Проведен анализ заболеваемости населения Кузбасса, связанной с загрязнением окружающей среды. Рассмотрены закономерности, определяющие процесс адсорбции органических веществ из водных растворов. Показана роль природы поверхностных функциональных групп углеродных адсорбентов в сорбционных процессах. Изложены физико-химические и инженерные основы электродиализа.

Во второй главе приведены физико-химические свойства капролактама и характеристики исследуемых активных углей. Представлены методики определения содержания капролактама в растворе и изучения равновесия, кинетики и динамики сорбционного процесса. Приведен способ математической обработки экспериментальных данных исследования процесса адсорбции капролактама из органо-минерального стока. Изложены методы исследования химического состояния поверхности, термической устойчивости и структуры активных углей.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований, направленных на разработку безотходной сорбционно-мембранной технологии переработки малоконцентрированных органо-минеральных сточных вод производства капролактама. Производство капролактама сопровождается образованием значительного объема конденсата сокового пара, который содержит до 500 мг/дм3 капролактама и до 2000 мг/дм3 сульфата аммония. В настоящее время КСП производства капролактама направляется на биологическую очистку, при этом концентрация капролактама снижается на 70-80 %, и далее сбрасывается непосредственно в водоемы. Необходимость возвращения ценного продукта органического синтеза в производство, токсичные свойства капролактама (ПДК для водоемов составляет 0,01 мг/дм3) и его биорезистентность определяют большой интерес к проблеме извлечения капролактама из водных растворов.

Для разработки технологии утилизации конденсата сокового пара производства КЛ необходимо, в первую очередь, решить задачу разделения органических и минеральных компонентов, которое может быть осуществлено методом адсорбции.

Впервые проведено систематическое исследование процесса адсорбции капролактама на активных углях.

Объектами исследования являлись активные угли: F-200, АГ-5, АГ-3, БАУ, СКД-515; АГ-ОВ-1, АР-В, а также модельные растворы: вода – капролактам, вода – капролактам – сульфат аммония в массовом отношении последних 1(4 и технологические сточные воды производства капролактама (КОАО «Азот», г. Кемерово).

Экспериментальные изотермы адсорбции (рис.1) имеют классический вид и показывают, что максимальная адсорбционная емкость углеродных сорбентов зависит от их природы, состава, структуры, удельной поверхности и пористости. Из экспериментальных данных следует, что адсорбционная емкость уменьшается в ряду: F-200 ( АГ-5 ( БАУ ( СКД-515 ( АГ-ОВ-1 – АГ-3 – АР-В.

Изотерма адсорбции капролактама из раствора, не содержащего сульфат аммония, для угля АГ-ОВ-1 практически не отличается от адсорбционной кривой в присутствии (NH4)2SO4 на этом же угле при равновесных концентрациях КЛ ниже 5 ммоль/дм3. С повышением концентрации капролактама адсорбция снижается.

Для более полной характеристики углеродных сорбентов и расчета адсорбционных параметров использованы теории мономолекулярной адсорбции (уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра), теория объемного заполнения микропор (уравнение Дубинина-Радушкевича (ТОЗМ)) и обобщенная теория Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ). Рассчитанные значения адсорбционных параметров для всех активных углей приведены в таблицах 1, 2.

На основании полученных данных, рассчитаны теоретические изотермы адсорбции по уравнениям мономолекулярной и полимолекулярной адсорбции.

Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических изотерм адсорбции показывает, что уравнение Фрейндлиха не может быть использовано для описания процесса адсорбции капролактама из технологического стока данными активными углями. Исключением является активный уголь марки АР-В. При сравнении соответствующих экспериментальных и теоретически рассчитанных по уравнениям Ленгмюра, БЭТ и Дубинина-Радушкевича изотерм адсорбции капролактама наблюдается практически полное совпадение изотерм для всех исследуемых сорбентов.

Таблица 1 - Параметры адсорбции капролактама активными углями из органо-минерального стока в статических условиях

Марка АУ Уравнение БЭТ Уравнение

Фрейндлиха Уравнение

Ленгмюра

ммоль/г К -Q,

кДж/моль 1/n b,

ммоль/г am,

ммоль/г К

АГ-5 0,754 4,68 26,5 0,40 0,46 0,724 0,89

БАУ 0,789 2,55 24,8 0,50 0,58 0,710 0,61

СКД-515 0,684 1,46 22,9 0,60 0,77 0,670 0,36

АГ-ОВ-1 0,656 0,95 22,7 0,50 0,86 0,650 0,20

АГ-3 0,324 1,41 23,7 0,48 0,10 0,354 0,35

АР-В 0,190 0,88 22,5 0,58 0,04 0,189 0,21

F-200 0,790 6,39 27,4 0,14 0,54 0,738 2,50

Таблица 2 - Адсорбционные характеристики АУ, рассчитанные по уравнению ТОЗМ

Марка АУ а0, ммоль/г W0, см3/г Е, кДж/моль Е*, кДж/моль (, нм Vми, см3/г

АГ-5 2,78 0,31 18,41 13,71 0,88 0,24-0,35

загрузка...