ВВЕДЕНИЕ 15
1 ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ВОДНЫХ СРЕДАХ 19
1.1 Источники поступления и формы существования 19
1.2 Кадмий, свинец в водных средах 21
1.3 Влияние на организм человека и окружающую среду 23
1.4 Методы обнаружения тяжелых металлов 25
2 ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 27
2.1 Классификация 27
2.3 Процессы осаждения 27
2.4 Извлечение в металлической форме (цементация) 28
2.5 Комплексообразование 28
2.6 Электрохимические процессы 29
2.7 Мембранная очистка 30
2.8 Новейшие технологии 31
3 АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ ИНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 32
3.1 Сорбционные методы очистки сточных вод 32
3.2 Виды сорбционных материалов 33
4 РАЗРАБОТКА НОВОГО СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА МИНЕРАЛЬНОЙ ОСНОВЕ 35
4.1 Содержание ионов Cd2+ и Pb2+ в водных средах 35
4.2 Состав комбинированного сорбента 35
4.3 Получение комбинированного сорбента 36
4.4 Определение физико-химических характеристик комбинированного сорбента и его
составляющих 36
4.5 Определение сорбционных характеристик комбинированного сорбента 37
4.6 Обсуждение результатов исследования 40
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 41
5.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с
позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 42
5.2 Планирование научно-исследовательских работ 48
5.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 62
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 67
6.1 Профессиональная социальная безопасность 68
6.2 Экологическая безопасность 76
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 79
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
На сегодняшний день проблема очистки воды стала одной из самых актуальных для человека. Во многих регионах нашей страны водные ресурсы отмечаются высоким содержанием токсичных веществ, при этом определяются все большие масштабы загрязнения подземных вод примесями тяжелых металлов [1].
Тяжелых металлы поступают в окружающую среду как в результате природных процессов, таких как образование насыщенного металлами вулканического и морского аэрозоля, эрозия и выветривание почв и горных пород, так выбросов антропогенного характера. В атмосфере тяжелые металлы подвергаются разным превращениям с изменением растворимости и валентности. Например, комбинаты металлургии, электростанции выбрасывают тяжелые металлы в основном в нерастворимом виде в составе твердых частиц. Но в результате атмосферного передвижения происходит постепенное их выщелачивание и переход в ионную форму, которая водорастворима [2].
Тяжёлые металлы и некоторые их соединения хорошо растворяются в воде и попадают в организм, где взаимодействуют с ферментами, подавляют их активность. Наличие тяжелых металлов по медицинской статистике приводит к снижению иммунитета и росту числа опасных заболеваний [3].
Загрязнение поверхностных и грунтовых вод привело к невозможности употребления воды в питьевых и бытовых целях. Очистка воды от тяжелых металлов, несомненно, является важным фактором для получения готовой к использованию, чистой и безвредной для человека жидкости.
Среди разнообразных методов очистки водных сред наибольшее внедрение получил метод сорбции. Все большее применение находят сорбционные материалы естественного, природного происхождения. Использование таких сорбентов обусловлено достаточно высокой емкостью, избирательностью, и катион обменными свойствами некоторых из них, а также низкой себестоимостью.
Актуальность темы
Загрязнение гидросферы Земли сегодня представляет очень серьёзную проблему и возникает необходимость принятия решений по снижению опасных сбросов в водоёмы и очистки имеющихся водных сред при их использовании в народном хозяйстве.
В настоящий момент вопрос подготовки воды стоит очень остро в связи с интенсификацией производственной деятельности человечества и увеличившимся числом техногенных катастроф и природных явлений.
Интенсификация производственной деятельности человечества обусловливает увеличение нагрузки на водные ресурсы, которая за последние полвека возросла более чем в два раза. В настоящее время суммарная масса загрязнителей гидросферы в мире составляет 15 млрд. т/год, среди которых тяжёлые металлы - 3 млн. т/год. Сейчас в РФ только 1 % поверхностных источников водоснабжения имеют 1 класс, то есть вода не требует специальной обработки, в 17 % качество воды не соответствует даже 3 классу.
По прогнозам Комитета ООН по вопросам образования, науки и культуры, количество жителей Земли, испытывающих недостаток в воде, увеличится к 2025 году до 3 млрд. человек. ЮНЕСКО предвещает, что к этому времени мировая потребность в чистой воде увеличится в огромных масштабах, как для питьевых, так и для бытовых и хозяйственных назначений. Уже сейчас ООН определила 300 районов во всем мире, где существуют конфликты из-за водных ресурсов и это значение прогрессирует. Достаточно привести данные статистики: около 1 миллиарда людей испытывают дефицит чистой питьевой воды, каждый двух миллионов человек страдают заболеваниями, передающихся с потреблением воды. С учетом постоянно растущего дефицита водоснабжения эта проблема будет только усугубляться.
Среди приоритетных химических веществ, загрязняющих гидросферу, особое место занимают тяжелые металлы. В связи с появлением комплекса проблем, связанных с потреблением питьевой воды, был дан толчок развитию в России рынка водоочистительного оборудования. Наличие систем фильтрации теперь считают необходимым как для жилых домов, так и для предприятий различных сфер деятельности. Среди различных методов очистки воды от ионов тяжёлых металлов, сорбционный способ очистки имеет ряд преимуществ перед другими. Поэтому создание новых видов сорбционных материалов является актуальной задачей.
Цель работы
Разработка и создание нового вида комбинированного сорбционного материала на основе различных минералов и исследование его физикохимических и сорбционных свойств при извлечении из водных сред ионов Сб2+и Pb2+.
Задачи
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Подобраны минеральные сорбенты для последующего получения на их основе комбинированного сорбционного материала.
2. Исследованы некоторые физико-химические свойства (величина удельной поверхности, удельный объём пор) у выбранных минеральных сорбентов.
3. Подобрана комбинация (сочетание) выбранных минералов и их оптимальный гранулометрический состав для получения конечного сорбента.
4. Исследованы сорбционные свойства по извлечению из модельных растворов ионов Cd2+ и Pb2+ у отдельных минералов и конечного комбинированного сорбента.
Научная новизна
В ходе данной работы были исследованы такие минеральные сорбенты как: гётит, цеолит, пирит. Исследования проводились на эффективность данных минералов по извлечению из модельных растворов ионов Cd2+ и Pb2+.
На основе отобранных минералов создан новый комбинированный сорбент, эффективно очищающий водные среды от ионов тяжёлых металлов.
Практическая значимость работы
С каждым годом происходит увеличение антропогенного воздействия человека на гидросферу нашей планеты. Для использования воды в питьевых и технических целях требуется её очистка до необходимых стандартов. Для этого имеет актуальность создание новых водоочистных систем и более эффективных сорбционных материалов.
Полученный комбинированный сорбент на основе цеолита, гётита и пирита может найти применение как на крупных водоснабжающих организациях и водозаборах, так и на малых водоочистных сооружениях, в бытовых фильтровальных системах и в походном водоочистном оборудовании, для доочистки производственных стоков.
Таким образом, можно сделать вывод, что проблема загрязнения водных сред на сегодняшний день остается актуальной. Тяжелые металлы сбрасываются в реки, проникают в грунтовые воды тем самым разрушая экосистему гидросферы, нанося необратимый вред. Поступление тяжелых металлов в организм человека или животного оказывает на него негативное воздействие и приводит к серьезным заболеваниям.
Основной проблемой современных технологических систем применения является разработка экологически безопасных технологий с максимально замкнутым циклом и минимальным количеством отходов.
В результате направленных исследований сорбционных материалов в данной работе, применительно к очистке водных сред позволяет сделать вывод о возможности их применения на производстве.
Физико-химические свойства природных минералов Цеолит Чугуевского месторождения (Приморский край), пирит Каталинского месторождения (Урал) - дисульфид железа химического состава FeS2 (46,6 % Fe, 53,4 % S). Нередки примеси Со, Ni, As, Cu, Au, Se, гётит Белореченского месторождения (Ненецкий АО) химическая формула (a-Fe3+O(OH)) и созданный на их основе комбинированный сорбционный материал позволяют применить их в качестве сорбентов для очистки воды от тяжелых металлов практически до любых остаточных концентраций.
Использование сорбентов на минеральной основе позволяют получать очищенную до необходимых нормативов воду, возвращать в технологический цикл ценные исходные компоненты. Представленные в работе результаты исследования направлены на уменьшение воздействия тяжелых металлов, на организм человека и окружающую среду.
В результате выполненного анализа экономической эффективности был составлен перечень этапов и работ, распределены исполнители. В качестве исполнителей выступали: научный руководитель, лаборант, студент.
Были рассчитаны ожидаемая трудоемкость выполнения работы и продолжительность одной рабочей смены. На основе этих данных была составлена таблица временных показателей проведения научного исследования. Также был построен календарный план-график проведения НИОКР, где наглядно показаны временные промежутки выполнения различных видов работ.
Был проведен математический расчет материальных затрат, согласно которым затраты на материалы для проведения лабораторных испытаний составили 49569,53 рублей,
Также в процессе исследования рабочего места, находящегося в лаборатории №12, были выявлены следующие вредные факторы производственной среды - параметры микроклимата, шум, электромагнитные поля.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
