ШАЙМАРДАНОВА АЛСУ ШАМИЛЕВНА ОЧИСТКА ВОД ОТ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА МОДИФИЦИРОВАННЫМИ СОРБЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ ЛИСТОВОГО ОПАДА

Краткое содержание

Актуальность темы. Сточные воды (СВ) промышленных предприятий химического и нефтехимического сектора являются наиболее опасными в эко¬логическом отношении, поскольку содержат широкий спектр загрязняющих веществ, в частности, ионы металлов (ИМ). Особый интерес при этом пред¬ставляют соединения железа. Присутствуя в сточных водах большинства про¬изводств в высоких концентрациях и различных формах, данные поллютанты вызывают ухудшение показателей качества воды по химическим и органолеп-тическим критериям.
Так как локальные очистные сооружения предприятий зачастую не справляются со своей задачей, при этом концентрация загрязняющих ве-ществ на выходе превышает установленные нормы предельно допустимого сброса (ПДС), то для решения проблемы удаления ИМ из промышленных СВ необходимо совершенствовать применяемые технологии. Существую¬щие реагентные, биологические, электрохимические методы обезврежива¬ния способствуют удалению из водных фаз большей части поллютантов. Рассматривая иные способы очистки промышленных СВ, такие как ионный обмен, ультрафильтрацию, обратный осмос и т.д., следует отметить высо¬кую эффективность удаления от ИМ, но они являются дорогостоящими.
Одним из перспективных методов очистки СВ от ИМ является ад-сорбция. Простота аппаратурного оформления, глубокая степень извлече¬ния, экономическая целесообразность способствуют широкому применению данного способа в промышленном масштабе. Особый интерес при этом представляют целлюлозосодержащие сорбенты. Большие запасы, экономи¬ческая целесообразность применения, ежегодная возобновляемая сырьевая база определяют преимущества применения указанных материалов. В этой связи поиск новых сорбентов растительного происхождения, которые уве¬личат эффективность очистки вод от ионов металлов, а также решат про¬блему утилизации ежегодно образующихся отходов, весьма актуален.
Цель – снижение негативного воздействия ИМ на водные объекты на основе результатов исследования физико-химических закономерностей про¬цесса очистки водных сред от ионов железа с использованием СМ из листо¬вого опада (ЛО) различных пород деревьев.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи: 1. Исследование кинетических и термодинамических параметров про¬цесса очистки модельных растворов от ИМ с использованием сорбционных материалов (СМ) на основе ЛО, а также определение максимальной статиче¬ской и динамической сорбционной емкости СМ по отношению к ионам же-
з

леза. Определение механизма протекания процесса путем выбора и анализа модели для его описания.
2. Выявление закономерностей влияния факторов внешней среды (рН, температуры) на сорбционную способность исследуемого материала.
3. Определение закономерностей физико-химической модификации (кис¬лотной, в потоке высокочастотной емкостной плазмы и униполярного коронно¬го разряда), а также режимов и параметров обработки, при которых достигается максимальная сорбционная емкость СМ по отношению к ионам железа.

4. Разработка технологической схемы извлечения ионов железа из водных объектов с последующей утилизацией отработанного СМ.
5. Проведение опытно-промышленных испытаний по очистке СВ от Feобщ с применением СМ на основе смешанного ЛО.
Научная новизна состоит в разработке методов совершенствования инженерной защиты водных экосистем от воздействия СВ, загрязненных соединениями железа, путем использования в качестве сорбентов раститель¬ных отходов на основе ЛО отдельных пород деревьев: березы повислой (Betula pendula) и дуба черешчатого (Quercus robur), а также смешанного ЛО березы повислой, дуба черешчатого, клена остролистого (Acer platanoides) и осины обыкновенной (тополь дрожащий, Populus tremula).
Теоретическая значимость исследования заключается в раскрытии закономерностей механизма и кинетики процесса сорбционной очистки вод от ионов железа с использованием ЛО различных пород деревьев, а также модифицированных образцов на их основе путем кислотной, плазменной обработки и коронного разряда.
Практическая значимость. Разработана технологическая схема сорбци-онного извлечения Feобщ из вод. На её базе проведены опытно-промышленные испытания технологии очистки ливневых СВ филиала АО «КМПО» - Зелено¬дольский машиностроительный завод с использованием предложенного СМ (эффективность очистки от ионов железа составила 93 %).
Методы исследования: комплексонометрия – титриметрический ме¬тод анализа; гравиметрия (весовой анализ), ИК-спектрометрия; метод расте¬кающейся капли для измерения краевого угла смачивания; дифрактометрия; электронная и конфокальная микроскопия, биотестирование.
Положения, выносимые на защиту:
1. Обоснование целесообразности применения ЛО отдельных пород деревьев: березы повислой (Betula pendula) и дуба черешчатого (Quercus robur), а также смешанного ЛО: березы повислой, дуба черешчатого, клена остролистого (Acer platanoides), и осины обыкновенной (тополь дрожащий, Populus tremula) для сорбционной очистки вод от ионов железа.
4

2. Установление кинетики и механизма процесса сорбции ионов железа из водной фазы сорбентами на основе ЛО и его модификатами.
3. Принципиальная технологическая схема локальной очистки ливневых вод филиала АО «КМПО» - Зеленодольский машиностроительный завод.
Личный вклад автора заключается в разрешении поставленных за¬дач, проведении экспериментальных работ, обобщении полученных резуль¬татов и формировании выводов, а так же написании научных работ по теме диссертации, апробации результатов исследований и подготовке публикаций по выполненной работе.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в материалах конференций различного уровня: Шестом молодеж¬ном экологическом конгрессе «Северная пальмира» (Санкт-Петербург, 2014 г.), Международной научно-технической конференции «Энерго- и ресурсосберега¬ющие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружа¬ющей среды» (Белгород, 2015 г.), Международной молодежной научной конфе¬ренции «Экология и рациональное природопользование агропромышленных ре-гионов» (Белгород, 2015 г.), Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 50-летию города Нижнекамск «Перспективы развития и современ¬ные проблемы образования, науки и производства» (Нижнекамск, 2016 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы пред¬ставлены в 10 научных публикациях: 6 статьях, 3 из которых опубликованы в рецензируемых журналах перечня ВАК РФ, одна – в журнале, включенном в международную реферативную базу данных Scopus, и 4 тезисах конферен¬ций различного уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 6 глав, выводов и 2 приложений, изложена на 183 страницах, включает 51 таблицу, 21 рисунок, список литературы содержит 204 наименования источников.
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы иссле¬дования, сформулированы цели и задачи работы, показаны научная новизна и практическая значимость, отражены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе представлен анализ литературных данных по суще¬ствующим методам очистки СВ от ИМ, отмечены достоинства и недостатки каждого метода. Показано, что наиболее эффективным способом очистки СВ от ИМ является адсорбция, с применением отходов растительного про¬исхождения.
Во второй главе описаны применяемые в ходе работы методы иссле¬дования, с описанием инструментальных способов анализа и условий проте-
5

кания эксперимента. Представлена статистическая обработка эксперимен¬тальных данных.
В третьей главе описаны объекты исследования: модельные раство¬ры, содержащие ионы Fe (II) и Fe (III) в концентрациях от 20 мг/дм3 до 4000 мг/дм3; ЛО различных пород деревьев лесопарковой зоны; ливневые СВ фи¬лиала АО «КМПО» -ЗМЗ.
Представлено современное состояние поверхностных вод Республики Татарстан – наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности во¬ды вносят соединения меди, марганца, цинка и железа. Так, в ряде пунктов контроля, поверхностных вод Куйбышевского водохранилища Республики Татарстан, отмечается превышение содержания ионов железа до 6,4 ПДК.
Из литературных данных известно, что объемы накопления листовой биомассы различны для каждого субъектов РФ. В ряде регионов отмечено, что ежегодное образование листьев березы повислой составляет 782,6 т, ли¬пы мелколистной – 464,7 т, клена ясенелистого – 72,8 т. Общий годовой объем образования ЛО достигает 2320,0 т.
Физико-химические характеристики листового опада. К СМ, приме¬няемым для очистки воды от ИМ, предъявляется ряд требований: высокая сорбционная емкость, экологичность, возможность регенерации материала, экономическая рациональность использования.