Давлятерова Роксана Автандиловна. Исследование процессов очистки воды от техногенных загрязнений углеродными волокнистыми сорбентами

Краткое описание

Давлятерова Роксана Автандиловна. Исследование процессов очистки воды от техногенных загрязнений углеродными волокнистыми сорбентами : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.04 Москва, 2007 179 с., Библиогр.: с. 139-149 РГБ ОД, 61:07-5/4776

79ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМУ ХОЗЯЙСТВУ
(РОССТРОЙ)
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО -
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО -ЗНАМЕНИ
КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ
(ОАО «НИИ ВОДГЕО»)
ДАВЛЯТЕРОВА РОКСАНА АВТАНДИЛОВНА
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ТЕХНОГЕННЫХ
ЗАГРЯЗНЕНИЙ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНИСТЫМИ СОРБЕНТАМИ
Специальность 05.23.04 - «Водоснабжение, канализация,
строительные системы охраны водных ресурсов»
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный консультант: Доктор химических наук, профессор
С.Н. Ткаченко
Москва - 2007
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Анализ состояния проблемы загрязнения поверхностных водЮ
1.1. Выявление приоритетных загрязнений поверхностных вод 10
1.2. Анализ существующих методов повышения барьерной роли
водоочистных сооружений от органических загрязнений 18
1.3. Озоно-сорбционная обработка воды 22 1.4 Сорбционная очистка с применением углеродных волокнистых сорбентов
33
1.5. Общая характеристика углеродных сорбентов 39
1.6. Механизмы и основные закономерности сорбционных процессов 42
1.7. Краткий анализ теоретических исследований по динамике сорбции 45
1.8. Сорбция растворенных органических загрязнений из водных растворов 48
Глава 2. Экспериментальное определение сорбционных свойств и характеристик углеродных волокнистых сорбентов 53
2.1. Рентгенофазовый анализ 53
2.2. Определение удельной поверхности и распределение объема пор
углеродных сорбентов 55
2.3. Определение сорбционной активности углеродных сорбентов 58
Выводы по главе 2 61
Глава 3. Изучение закономерностей процесса сорбционной очистки воды от фенола на углеродных волокнистых сорбентах 62
3.1. Определение оптимальной массы сорбента для извлечения фенола в
статических условиях 63
3.2. Равновесная сорбция фенола на углеродных сорбентах 68
3.3. Кинетика сорбции фенола на углеродных сорбентах 77
3.4. Динамика сорбции фенола на углеродных сорбентах 81
Выводы по главе 3 86
Глава 4. Исследование эффективности применения углеродных волокнистых сорбентов в комбинации с озонированием воды 88
4.1. Методика проведения лабораторных экспериментов 88
4.2. Растворение озона в дистиллированной воде 91
4.3. Взаимодействие углеродных сорбентов с озоном в водном растворе 93
4.4. Озонирование и сорбция фенола на УВС 95
Выводы по главе 4 102
Глава 5. Испытания эффективности применения углеродных волокнистых сорбентов в условиях искусственного моделирования чрезвычайного
загрязнения воды нефтепродуктами 103
5.1. Лабораторные испытания углеродных волокнистых сорбентов на повышенных концентрациях нефтепродуктов 103
5.2. Испытания эффективности применения углеродного волокнистого сорбента на загрязненной нефтепродуктами речной воде на Северном Ковшовом водозаборе г. Уфы 109
5.2.1. Описание пилотной установки 111
5.2.2. Влияние скорости фильтрования воды на эффективность очистки
воды 113
5.2.3. Влияние высоты загрузки углеродного волокнистого материала на
эффективность очистки воды 117
Глава 6. Испытания эффективности применения углеродного волокнистого материала на реальных объектах с целью повышения барьерных функций очистных сооружений .....................120
6.1. Повышение барьерной роли Южного водозабора г. Уфы с применением
углеродных волокнистых сорбентов 120
6.2. Повышение барьерных функций водоочистных сооружений г. Череповца
порошкообразными активными углями и углеродными волокнистыми сорбентами 124
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 139
ПРИЛОЖЕНИЯ. 150
Приложение 1. Технико-экономическое сравнение сорбционных фильтров с углеродным волокнистым сорбентом и гранулированным активированным
углем 151
Приложение 2. Методики определения фенола и нефтепродуктов в воде 155
Приложение 3. Результаты динамики сорбции фенола на УВС и ГАУ 161
Приложение 4. Хроматограммы фенола и продуктов его окисления 163
Приложение 5. Документы об испытаниях и внедрении результатов работы 167
Приложение 6. Методические рекомендаци по применению углеродных
волокнистых сорбентов в процессах очистки воды 170
Приложение 7. Рекомендации на проектирование системы защиты основных сооружений при аварийном загрязнении водоисточника нефтепродуктами на Северном Ковшовом водозаборе (СКВ) г. Уфы 172

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Исследованы процессы очистки поверхностных вод, загрязненных нефтепродуктами и фенолами, с использованием углеродных волокнистых сорбентов (УВС). Показано, что существующие традиционные способы очистки поверхностных вод не всегда эффективны в отношении техногенных загрязнений. Установлено, что эффективность очистки поверхностных вод от нефтепродуктов и фенолов существенно повышается за счет применения углеродных волокнистых сорбентов, и применения их в сочетании с озонированием. Технология очистки с использованием УВС значительно снижает капитальные и эксплуатационные расходы на очистку воды.
2. В результате выполненных исследований изучены характеристики и механизм извлечения нефтепродуктов и фенолов с использованием карбонизированных и активированных сорбентов (УВС-А и УВС-К) в сравнении с гранулированными активированными углями (ГАУ). Показано, что УВС имеют ряд преимуществ перед ГАУ, за счет более высокой дисперсности и высокой степени упорядоченности графитоподобных структур, повышенного содержания микропор (до 90%).
3. Определены показатели сорбционной активности УВС. Показано, что активность УВС-А йоду в 2,2 раза выше, чем у ГАУ, а по метиленовому голубому в 2 раза ниже, чем у ГАУ. Знание этих показателей позволяет подобрать тип сорбента в зависимости от вида загрязнения. Таким образом, на УВС-А лучше будет проходить сорбция низкомолекулярных веществ.
4. Определены значения сорбционной емкости и сорбционных констант. Выявлено, что начальная скорость сорбции на УВС-А превышает скорость сорбции на ГАУ примерно в 3 раза. Сорбционное равновесие, при использовании УВС-А наступает за 0,5-1,0 ч, а при использовании ГАУ требуется более 6-9 часов. При использовании УВС-К сорбционное равновесие устанавливается через 12 и более часов.
5. Определена удельная динамическая емкость по фенолу активированного углеродного волокнистого сорбента (УВС-А), которая в 6 раз превышает емкость ГАУ и коэффициенты защитного действия слоя: для УВС - 5880 ч/м, для ГАУ - 940 ч/м.
6. Изучено взаимодействие ГАУ и УВС с озоном. Установлено, что углеродный волокнистый сорбент химически более устойчив к окислению озоном, чем ГАУ. Получены кинетические зависимости окисления фенолов в комбинации с сорбцией на УВС. Установлено, что скорость окисления фенола при использовании УВС-А выше, а расход озона на окисление фенола в 1,5 раза ниже, чем при использовании ГАУ.
7. Проведение испытаний УВС на реальных объектах водоснабжения (СКВ и ЮГВ г.Уфы, ВОС-3 г.Череповца) подтвердило высокую эффективность использования УВС для очистки поверхностных (р.Уфа, р.Шексна) и подземных инфильтрационных (подрусловые воды р.Уфы), содержащих экстраординарные уровни нефтепродуктов и токсичных среднелетучих соединений.
8. Результаты работ внедрены при создании сооружений подготовки питьевой воды на Лианозовском молочном комбинате г.Москвы, а также использованы при подготовке:
- рекомендаций на проектирование сооружений противоаварийной защиты ЮГВ и СКВ г. Уфы от органических токсикантов;
- рекомендаций проектирования сооружений очистки поверхностных сточных вод на фильтрах с загрузкой УВМ;
Разработаны методические рекомендации по применению углеродного волокнистого сорбента в процессах очистки воды.
9. Технико-экономическое сравнение, выполненное для сорбционных фильтров производительностью 60 м /ч показывает, целесообразность замены фильтров с ГАУ на фильтр с УВС. Расчетный годовой экономический эффект за счет замены одного сорбционного фильтра с ГАУ на фильтр с УВС составит около 0,7 млн. рублей.