Очистка водных сред от микробиологических загрязнений с использованием адсорбентов на основе газобетона
|
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………12
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР…………………………………………..15
1.1. Проблемы микробиологических загрязнений водных сред………………...15
1.2 Методы определения микроорганизмов в водных средах…………………..20
1.3 Микробиологические показатели качества воды…………………………….25
1.4 Методы очистки воды от микроорганизмов…………………………………26
1.5 Характеристика и применение адсорбентов…………………………………29
1.5.1 Активированный уголь………………………………………………………31
1.5.2 Цеолиты……………………………………………………………………….32
1.6 Применение газобетона в качестве синтетического сорбента для очистки
воды………………………………………………………………………………….35
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………...38
2.1 Приборы и оборудование………………………………………………………38
2.2 Реактивы………………………………………………………………………...39
2.3 Объекты исследования…………………………………………………………39
2.4 Методы исследования………………………………………………………….40
2.4.1 Приготовление питательных сред…………………………………………..40
2.4.2 Работы с бактериальными культурами……………………………………..41
2.4.2.1 Селекция чистой культуры E. Coli на среде Эндо……………………….42
2.4.2.2 Приготовление модельного раствора культуры E. Coli для тестирования
исследуемых фильтров…………………………………………………………….4210
2.4.2.3 Анализ фильтрата и культивация микроорганизмов после
фильтрации………………………………………………………………………….43
2.4.3 Подсчет общего количества микроорганизмов методом Коха……………44
2.4.4 Метод фильтрации воды с помощью фильтров на основе газобетона для
оценки степени очистки от микробиологических загрязнений…………………45
2.4.5. Методика модификации газобетона………………………………………..47
2.5 Статистическая обработка результатов……………………………………….48
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ………………………………..49
3.1 Получение различных фракций синтетического сорбента…………………..49
3.2 Изучение физических характеристик поверхности сорбционных
материалов…………………………………………………………………………..49
3.3 Оценка гидродинамического сопротивления исследуемых фильтров на
основе газобетона…………………………………………………………………..51
3.4 Анализ сорбционных свойств нового сорбента в отношении
микробиологических загрязнений воды…………………………………………..55
3.4.1 Сорбционные свойства немодифицированного газобетона……………….56
3.4.2 Сорбционные свойства модифицированного газобетона………………….57
3.4.3 Сорбционные свойства смесей немодифицированного газобетона………59
3.4.4 Сорбционные свойства смесей модифицированного газобетона…………60
ГЛАВА 4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ………………………………………………………….62
4. 1. Предпроектный анализ……………………………………………………….62
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования………………….6211
4.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………62
4.3 SWOT-анализ…………………………………………………………………...64
4.4. Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………..65
4.5. Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………..66
4.6. Инициация проекта……………………………………………………………67
4.7. Планирование управления научно-техническим проектом………………...69
4.7.1. Организационная структура проекта………………………………………69
5.7.2. План проекта…………………………………………………………………69
4.8. Бюджет научного исследования………………………………………………72
4.9. Потенциальные риски…………………………………………………………77
4.10. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования……………………80
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ……………………………...85
5.1 Производственная безопасность………………………………………………85
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследования и обоснование мероприятий по их
устранению………………………………………………………………………….87
5.2 Экологическая безопасность…………………………………………………..96
5.2.1 Анализ влияния объекта и процесса исследования на окружающую
среду…………………………………………………………………………………96
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………….9712
5.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования………………………………………………………………………..97
5.3.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при
проведении исследований…………………………………………………………98
5.3.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС…………………………………………….99
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ………………………..100
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ………………………………………………………..102
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………...103
ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………………………………………...113
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР…………………………………………..15
1.1. Проблемы микробиологических загрязнений водных сред………………...15
1.2 Методы определения микроорганизмов в водных средах…………………..20
1.3 Микробиологические показатели качества воды…………………………….25
1.4 Методы очистки воды от микроорганизмов…………………………………26
1.5 Характеристика и применение адсорбентов…………………………………29
1.5.1 Активированный уголь………………………………………………………31
1.5.2 Цеолиты……………………………………………………………………….32
1.6 Применение газобетона в качестве синтетического сорбента для очистки
воды………………………………………………………………………………….35
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………...38
2.1 Приборы и оборудование………………………………………………………38
2.2 Реактивы………………………………………………………………………...39
2.3 Объекты исследования…………………………………………………………39
2.4 Методы исследования………………………………………………………….40
2.4.1 Приготовление питательных сред…………………………………………..40
2.4.2 Работы с бактериальными культурами……………………………………..41
2.4.2.1 Селекция чистой культуры E. Coli на среде Эндо……………………….42
2.4.2.2 Приготовление модельного раствора культуры E. Coli для тестирования
исследуемых фильтров…………………………………………………………….4210
2.4.2.3 Анализ фильтрата и культивация микроорганизмов после
фильтрации………………………………………………………………………….43
2.4.3 Подсчет общего количества микроорганизмов методом Коха……………44
2.4.4 Метод фильтрации воды с помощью фильтров на основе газобетона для
оценки степени очистки от микробиологических загрязнений…………………45
2.4.5. Методика модификации газобетона………………………………………..47
2.5 Статистическая обработка результатов……………………………………….48
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ………………………………..49
3.1 Получение различных фракций синтетического сорбента…………………..49
3.2 Изучение физических характеристик поверхности сорбционных
материалов…………………………………………………………………………..49
3.3 Оценка гидродинамического сопротивления исследуемых фильтров на
основе газобетона…………………………………………………………………..51
3.4 Анализ сорбционных свойств нового сорбента в отношении
микробиологических загрязнений воды…………………………………………..55
3.4.1 Сорбционные свойства немодифицированного газобетона……………….56
3.4.2 Сорбционные свойства модифицированного газобетона………………….57
3.4.3 Сорбционные свойства смесей немодифицированного газобетона………59
3.4.4 Сорбционные свойства смесей модифицированного газобетона…………60
ГЛАВА 4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ………………………………………………………….62
4. 1. Предпроектный анализ……………………………………………………….62
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования………………….6211
4.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………62
4.3 SWOT-анализ…………………………………………………………………...64
4.4. Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………..65
4.5. Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………..66
4.6. Инициация проекта……………………………………………………………67
4.7. Планирование управления научно-техническим проектом………………...69
4.7.1. Организационная структура проекта………………………………………69
5.7.2. План проекта…………………………………………………………………69
4.8. Бюджет научного исследования………………………………………………72
4.9. Потенциальные риски…………………………………………………………77
4.10. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования……………………80
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ……………………………...85
5.1 Производственная безопасность………………………………………………85
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследования и обоснование мероприятий по их
устранению………………………………………………………………………….87
5.2 Экологическая безопасность…………………………………………………..96
5.2.1 Анализ влияния объекта и процесса исследования на окружающую
среду…………………………………………………………………………………96
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………….9712
5.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования………………………………………………………………………..97
5.3.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при
проведении исследований…………………………………………………………98
5.3.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС…………………………………………….99
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ………………………..100
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ………………………………………………………..102
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………...103
ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………………………………………...113
Объектом исследования являются немодифицированный и
модифицированный синтетический сорбент на основе измельченного
газобетона (ГОСТ 25485-89) и штамм бактерии Escherichia coli ATCC-25922.
Цель работы – оценка эффективности использования синтетических
сорбентов на основе газобетона для очистки водных сред от
микробиологических загрязнений.
В процессе исследования проводился подбор фракционного состава,
модификация синтетического сорбента, элементный состав сорбента,
определение удельной поверхности и удельного объема пор по тепловой
десорбции азота, оценка гидродинамического сопротивления, фильтрация
тестовой суспензии, анализ фильтрата и культивация микроорганизмов после
фильтрации, определение фильтрующей способности сорбентов в отношении
бактерий E. Coli.
В результате исследования получены оптимальные фракции сорбента и
их смеси, определены физико-химические характеристики, изучены
сорбционные свойства и доказана потенциальная возможность применения
синтетических сорбентов на основе газобетона для очистки водных сред.
Область применения: водоочистка и водоподготовка в различных
отраслях промышленности.
Степень внедрения – частичная.
Эффективность – использования синтетических сорбентов является
дешевым и простым методом очистки водных сред.
Актуальность темы. В настоящее время водная среда является
источником основного количества загрязняющих веществ. Социальная
составляющая водопользования резко увеличилось за последние годы, в связи с
изменением структуры использования воды. С учетом прогнозов развития
отраслей экономики, численности населения и возможных изменений удельных
показателей использование пресной воды может возрасти к 2020 г. (по
сравнению с 2005 г) возможен рост водопотребления промышленного
производства и электроэнергетики. В связи с развитием агропромышленного
комплекса возможен рост водопотребления в сельском хозяйстве [1]. По
данным экспертов, на сегодняшний день, нормативам питьевой воды в России
не соответствует от 30 до 60%. Выявлено более 6 тысяч участков загрязнения
водных сред на территории страны [2]. Одной из наиболее важных проблем
является загрязнение и качество водных сред, связанной с
неудовлетворительной очисткой на водопроводных станциях, загрязнением
вредных веществ, микробиологическим загрязнением. Перспективным
подходом в данной ситуации является поиск новых методов и средств
дополнительной подготовки и очистки водных сред.
Сорбционные методы очистки получили широкое распространение
вследствие отсутствия вторичного загрязнения и высокой эффективности.
Актуальным решением служит удешевление очистки технической, питьевой и
сточных вод [3]. Как правило, природные сорбенты не всегда удовлетворяют
современные технологические требования, так как они недостаточно прочны и
их регенерация возможна при условии соблюдения жестких требований [4].
Поэтому перспективным методом является применение синтетических
сорбентов, в связи с их хорошей поглотительной способностью и
возможностью к модификации.
Необходимо создание научных основ использования синтетических
сорбентов в водоочистке, для этого следует выбрать рациональные пути их
применения и обобщить имеющиеся сведения об их использовании в14
конкретных процессах по очистке водных сред.
Цель исследования: заключается в экспериментальной оценке
эффективности использования синтетических сорбентов на основе газобетона
для очистки водных сред от микробиологических загрязнений.
В соответствии с этим в работе были поставлены следующие задачи:
1. Подобрать оптимальные фракции и их смеси на основе нового
синтетического сорбента для получения оптимальных гидродинамических
характеристик фильтров.
2. Изучить физико-химические характеристики синтетических
сорбентов на основе газобетона.
3. Изучить сорбционные свойства синтетических сорбентов на основе
газобетона для очистки воды от микробиологических загрязнений.
4. Оценить возможность применения синтетических сорбентов для
индивидуальной и коллективной доочистки водных сред от
микробиологических загрязнений.
Научная новизна проекта. Впервые использованы синтетические
сорбенты на основе газобетона для очистки воды от микробиологических
загрязнений. Определены их сорбционные характеристики.
Практическая значимость. Результатом работы стало комплексная
оценка возможности применения нового синтетического сорбента на основе
газобетона для очистки воды микробиологических загрязнений в
стационарных и переносных системах водоочистки.
Практическая значимость результатов ВКР полученных фильтров
для очистки воды заключается в применение синтетических сорбентов на
основе газобетона в промышленности, для очистки водных сред от
микробиологического загрязнения.
модифицированный синтетический сорбент на основе измельченного
газобетона (ГОСТ 25485-89) и штамм бактерии Escherichia coli ATCC-25922.
Цель работы – оценка эффективности использования синтетических
сорбентов на основе газобетона для очистки водных сред от
микробиологических загрязнений.
В процессе исследования проводился подбор фракционного состава,
модификация синтетического сорбента, элементный состав сорбента,
определение удельной поверхности и удельного объема пор по тепловой
десорбции азота, оценка гидродинамического сопротивления, фильтрация
тестовой суспензии, анализ фильтрата и культивация микроорганизмов после
фильтрации, определение фильтрующей способности сорбентов в отношении
бактерий E. Coli.
В результате исследования получены оптимальные фракции сорбента и
их смеси, определены физико-химические характеристики, изучены
сорбционные свойства и доказана потенциальная возможность применения
синтетических сорбентов на основе газобетона для очистки водных сред.
Область применения: водоочистка и водоподготовка в различных
отраслях промышленности.
Степень внедрения – частичная.
Эффективность – использования синтетических сорбентов является
дешевым и простым методом очистки водных сред.
Актуальность темы. В настоящее время водная среда является
источником основного количества загрязняющих веществ. Социальная
составляющая водопользования резко увеличилось за последние годы, в связи с
изменением структуры использования воды. С учетом прогнозов развития
отраслей экономики, численности населения и возможных изменений удельных
показателей использование пресной воды может возрасти к 2020 г. (по
сравнению с 2005 г) возможен рост водопотребления промышленного
производства и электроэнергетики. В связи с развитием агропромышленного
комплекса возможен рост водопотребления в сельском хозяйстве [1]. По
данным экспертов, на сегодняшний день, нормативам питьевой воды в России
не соответствует от 30 до 60%. Выявлено более 6 тысяч участков загрязнения
водных сред на территории страны [2]. Одной из наиболее важных проблем
является загрязнение и качество водных сред, связанной с
неудовлетворительной очисткой на водопроводных станциях, загрязнением
вредных веществ, микробиологическим загрязнением. Перспективным
подходом в данной ситуации является поиск новых методов и средств
дополнительной подготовки и очистки водных сред.
Сорбционные методы очистки получили широкое распространение
вследствие отсутствия вторичного загрязнения и высокой эффективности.
Актуальным решением служит удешевление очистки технической, питьевой и
сточных вод [3]. Как правило, природные сорбенты не всегда удовлетворяют
современные технологические требования, так как они недостаточно прочны и
их регенерация возможна при условии соблюдения жестких требований [4].
Поэтому перспективным методом является применение синтетических
сорбентов, в связи с их хорошей поглотительной способностью и
возможностью к модификации.
Необходимо создание научных основ использования синтетических
сорбентов в водоочистке, для этого следует выбрать рациональные пути их
применения и обобщить имеющиеся сведения об их использовании в14
конкретных процессах по очистке водных сред.
Цель исследования: заключается в экспериментальной оценке
эффективности использования синтетических сорбентов на основе газобетона
для очистки водных сред от микробиологических загрязнений.
В соответствии с этим в работе были поставлены следующие задачи:
1. Подобрать оптимальные фракции и их смеси на основе нового
синтетического сорбента для получения оптимальных гидродинамических
характеристик фильтров.
2. Изучить физико-химические характеристики синтетических
сорбентов на основе газобетона.
3. Изучить сорбционные свойства синтетических сорбентов на основе
газобетона для очистки воды от микробиологических загрязнений.
4. Оценить возможность применения синтетических сорбентов для
индивидуальной и коллективной доочистки водных сред от
микробиологических загрязнений.
Научная новизна проекта. Впервые использованы синтетические
сорбенты на основе газобетона для очистки воды от микробиологических
загрязнений. Определены их сорбционные характеристики.
Практическая значимость. Результатом работы стало комплексная
оценка возможности применения нового синтетического сорбента на основе
газобетона для очистки воды микробиологических загрязнений в
стационарных и переносных системах водоочистки.
Практическая значимость результатов ВКР полученных фильтров
для очистки воды заключается в применение синтетических сорбентов на
основе газобетона в промышленности, для очистки водных сред от
микробиологического загрязнения.