Помощь студентам в учебе
Разработка сорбентов тяжелых металлов из углеродосодержащих отходов
|
ВВЕДЕНИЕ 11
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 16
1.1 Производственные сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов 16
1.1.1 Сточные воды гальванических производств 16
1.2 Очистка сточных вод от тяжелых металлов 18
1.3 Сорбционные методы очистки сточных вод 20
1.3.1 Определение адсорбции 21
1.3.2 Адсорбция ионов 21
1.4 Сорбенты и их свойства 25
1.5 Классификация сорбентов 26
1.6 Использование различных отходов производств в качестве сорбентов
для очистки сточных вод 27
1.6.1 Сорбенты на основе полимерных отходов 28
1.6.2 Сорбенты на основе отходов деревообрабатывающего и аграрного
производства 29
1.6.3 Сорбенты на основе отходов металлургических производств 32
1.6.4 Сорбенты из продуктов пиролиза углеродсодержащих отходов 37
1.7 Cорбенты для очистки сточных вод от тяжелых металлов 38
1.8 Активация сорбентов 41
1.8.1 Химическое активирование 42
1.8.2 Пропитка 46
1.9 Регенерация сорбентов 47
1.10 Активация угля 48
1.11 Регенерация активированного угля 49
1.12 Пиролиз углеродсодержащих отходов для получения сорбентов 51
1.13 Сорбционные материалы, полученные методом пиролиза
углеродсодержащих отходов 55
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 56
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 57
2.1 Лазерный анализатор размера частиц марки «Microsizer 201С» 57
2.2Анализатор влажности ML-50 60
2.3 Определение токсичности веществ по смертности тест - объекта 62
2.3.1 Принцип методики 62
2.3.2 Условия проведения биотестирования 63
2.4 Кондуктометрический анализ 63
2.4.1 Основы метода 63
2.4.2 Кондуктометр АНИОН-7020 66
2.5 Потенциометрический анализ 67
2.5.1 Иономер И-160М 68
2.6 Спектрофотометр UNICO 2800 69
2.7 Хроматограф жидкостный «Стайер» 71
2.8 Атомно-эмиссионный спектральный анализ 73
2.8.1 Сущность метода 73
2.8.2 Атомно-эмиссионный спектрометр Agilent 720^ES 75
2.9 Электронный микроскоп марки «Jeol JSM-6390 LA» 77
2.10 Анализатор удельной поверхности Quantachrome 4200е 79
2.11 Ультразвуковая ванна Сапфир 82
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 83
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 84
3.1 Гранулометрический состав карбонизат 85
3.2 Определение влажности 86
3.3 Измерение массовой доли золы 87
3.4 Определение показателей водной вытяжки 88
3.4.1 Приготовление водной вытяжки 88
3.4.2 Определение pH, УЭП, минерализации 88
3.4.3 Определение БПК 89
3.4.4 Определение содержания анионов и катионов 91
3.4.5 Определение содержания ИТМ 92
3.5 Определение адсорбционной активности по метиленовому голубому 93
3.6 Определение токсичности карбонизатовбиотестированием 95
3.7 Исследование структуры карбонизата 98
3.8 Определение сорбционных свойств по отношению к ионам тяжелых
металлов (ИТМ) 104
3.9 Деминерализация карбонизат 105
3.9.1 Многоступенчатая методика деминерализации ТПП УСО
посредством воздействия на водные суспензии ТПП (5 г ТПП в 100 мл воды) 106
3.9.1.1 Минерализация декантатов суспензий ТПП УСО по стадиям 107
3.9.1.2 Нарастающая минерализация декантатов суспензий ТПП УСО
по стадиям 108
3.9.1.3 Удельная деминерализация ТПП УСО по стадиям (ступенчатая деминерализация) 110
3.9.1.4 Деминерализация ТПП УСО по нарастающей (нарастающая
деминерализация) 112
3.9.1.5 Степень завершения процесса деминерализация ТПП УСО по
нарастающей 116
3.9.1.6 Эффективность деминерализации ТПП УСО по нарастающей 118
3.9.1.7 Степень завершения процесса деминерализация ТПП УСО по
стадиям 120
3.9.1.8 Эффективность деминерализации ТПП УСО по стадиям (ступенчатая эффективность) 122
3.9.2 Многоступенчатая методика деминерализации ТПП УСО
посредством воздействия на водные суспензии ТПП (1 г ТПП в 100 мл воды) 124
3.9.2.1 Минерализация декантатов суспензий ТПП УСО по стадиям 127
3.9.2.2 Нарастающая минерализация декантатов суспензий ТПП УСО
по стадиям 129
3.9.2.3 Удельная деминерализация ТПП УСО по стадиям (ступенчатая
деминерализация) 131
3.9.2.4 Деминерализация ТПП УСО по нарастающей (нарастающая
деминерализация) 133
3.9.2.5 Степень завершения процесса деминерализация ТПП УСО по нарастающей 136
2.9.2.6 Эффективность деминерализации ТПП УСО по нарастающей 137
2.9.2.7 Эффективность деминерализации ТПП УСО по стадиям (ступенчатая эффективность) 139
3.9.3 Сравнение минерализации водной фазы суспензий 5г и 1г на 100 мл воды ТПП УСО в результате встряхивания и УЗО 142
3.9.4 Сравнение нарастающей деминерализации ТПП УСО в результате
встряхивания и ультразвуковой обработки суспензии 5г и 1г на 100 мл воды 146
3.10 Химическая активация продуктов пиролиза 149
3.11 Определение массовой доли золы 152
3.12 Показатели водной вытяжки после активации 153
3.13 Определение адсорбционной активности по метиленовому голубому 154
3.14 Определение сорбционных свойств по отношению к ионам тяжелых металлов 155
3.15 Определение сорбционной емкости 158
3.16 Утилизация отработанных сорбционных материалов 161
ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ 162
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 164
4.1 Расчет капитальных затрат 164
4.2 Расчет текущих затрат 166
4.3 Расчет фонда заработной платы 166
4.4 Расчеты затраченной электроэнергии 167
4.5 Расчет затраченного водопотребления 168
4.6 Расчет себестоимости сорбционного материала 168
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 169
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 170
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 179
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 16
1.1 Производственные сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов 16
1.1.1 Сточные воды гальванических производств 16
1.2 Очистка сточных вод от тяжелых металлов 18
1.3 Сорбционные методы очистки сточных вод 20
1.3.1 Определение адсорбции 21
1.3.2 Адсорбция ионов 21
1.4 Сорбенты и их свойства 25
1.5 Классификация сорбентов 26
1.6 Использование различных отходов производств в качестве сорбентов
для очистки сточных вод 27
1.6.1 Сорбенты на основе полимерных отходов 28
1.6.2 Сорбенты на основе отходов деревообрабатывающего и аграрного
производства 29
1.6.3 Сорбенты на основе отходов металлургических производств 32
1.6.4 Сорбенты из продуктов пиролиза углеродсодержащих отходов 37
1.7 Cорбенты для очистки сточных вод от тяжелых металлов 38
1.8 Активация сорбентов 41
1.8.1 Химическое активирование 42
1.8.2 Пропитка 46
1.9 Регенерация сорбентов 47
1.10 Активация угля 48
1.11 Регенерация активированного угля 49
1.12 Пиролиз углеродсодержащих отходов для получения сорбентов 51
1.13 Сорбционные материалы, полученные методом пиролиза
углеродсодержащих отходов 55
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 56
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 57
2.1 Лазерный анализатор размера частиц марки «Microsizer 201С» 57
2.2Анализатор влажности ML-50 60
2.3 Определение токсичности веществ по смертности тест - объекта 62
2.3.1 Принцип методики 62
2.3.2 Условия проведения биотестирования 63
2.4 Кондуктометрический анализ 63
2.4.1 Основы метода 63
2.4.2 Кондуктометр АНИОН-7020 66
2.5 Потенциометрический анализ 67
2.5.1 Иономер И-160М 68
2.6 Спектрофотометр UNICO 2800 69
2.7 Хроматограф жидкостный «Стайер» 71
2.8 Атомно-эмиссионный спектральный анализ 73
2.8.1 Сущность метода 73
2.8.2 Атомно-эмиссионный спектрометр Agilent 720^ES 75
2.9 Электронный микроскоп марки «Jeol JSM-6390 LA» 77
2.10 Анализатор удельной поверхности Quantachrome 4200е 79
2.11 Ультразвуковая ванна Сапфир 82
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 83
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 84
3.1 Гранулометрический состав карбонизат 85
3.2 Определение влажности 86
3.3 Измерение массовой доли золы 87
3.4 Определение показателей водной вытяжки 88
3.4.1 Приготовление водной вытяжки 88
3.4.2 Определение pH, УЭП, минерализации 88
3.4.3 Определение БПК 89
3.4.4 Определение содержания анионов и катионов 91
3.4.5 Определение содержания ИТМ 92
3.5 Определение адсорбционной активности по метиленовому голубому 93
3.6 Определение токсичности карбонизатовбиотестированием 95
3.7 Исследование структуры карбонизата 98
3.8 Определение сорбционных свойств по отношению к ионам тяжелых
металлов (ИТМ) 104
3.9 Деминерализация карбонизат 105
3.9.1 Многоступенчатая методика деминерализации ТПП УСО
посредством воздействия на водные суспензии ТПП (5 г ТПП в 100 мл воды) 106
3.9.1.1 Минерализация декантатов суспензий ТПП УСО по стадиям 107
3.9.1.2 Нарастающая минерализация декантатов суспензий ТПП УСО
по стадиям 108
3.9.1.3 Удельная деминерализация ТПП УСО по стадиям (ступенчатая деминерализация) 110
3.9.1.4 Деминерализация ТПП УСО по нарастающей (нарастающая
деминерализация) 112
3.9.1.5 Степень завершения процесса деминерализация ТПП УСО по
нарастающей 116
3.9.1.6 Эффективность деминерализации ТПП УСО по нарастающей 118
3.9.1.7 Степень завершения процесса деминерализация ТПП УСО по
стадиям 120
3.9.1.8 Эффективность деминерализации ТПП УСО по стадиям (ступенчатая эффективность) 122
3.9.2 Многоступенчатая методика деминерализации ТПП УСО
посредством воздействия на водные суспензии ТПП (1 г ТПП в 100 мл воды) 124
3.9.2.1 Минерализация декантатов суспензий ТПП УСО по стадиям 127
3.9.2.2 Нарастающая минерализация декантатов суспензий ТПП УСО
по стадиям 129
3.9.2.3 Удельная деминерализация ТПП УСО по стадиям (ступенчатая
деминерализация) 131
3.9.2.4 Деминерализация ТПП УСО по нарастающей (нарастающая
деминерализация) 133
3.9.2.5 Степень завершения процесса деминерализация ТПП УСО по нарастающей 136
2.9.2.6 Эффективность деминерализации ТПП УСО по нарастающей 137
2.9.2.7 Эффективность деминерализации ТПП УСО по стадиям (ступенчатая эффективность) 139
3.9.3 Сравнение минерализации водной фазы суспензий 5г и 1г на 100 мл воды ТПП УСО в результате встряхивания и УЗО 142
3.9.4 Сравнение нарастающей деминерализации ТПП УСО в результате
встряхивания и ультразвуковой обработки суспензии 5г и 1г на 100 мл воды 146
3.10 Химическая активация продуктов пиролиза 149
3.11 Определение массовой доли золы 152
3.12 Показатели водной вытяжки после активации 153
3.13 Определение адсорбционной активности по метиленовому голубому 154
3.14 Определение сорбционных свойств по отношению к ионам тяжелых металлов 155
3.15 Определение сорбционной емкости 158
3.16 Утилизация отработанных сорбционных материалов 161
ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ 162
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 164
4.1 Расчет капитальных затрат 164
4.2 Расчет текущих затрат 166
4.3 Расчет фонда заработной платы 166
4.4 Расчеты затраченной электроэнергии 167
4.5 Расчет затраченного водопотребления 168
4.6 Расчет себестоимости сорбционного материала 168
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 169
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 170
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 179
25 января 2018 г. распоряжением Правительства Российской Федерации за № 84-р утверждена Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 г.[1]. Основными целями Стратегии определены: формирование и перспективное развитие отрасли промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов, обеспечивающей максимальное вовлечение отходов в производство и планомерную минимизацию количества отходов, не подлежащих дальнейшей утилизации, с применением мирового принципа 3R (предотвращение образования отходов, повторное использование, переработка во вторичные ресурсы). Целевыми показателями Стратегии доля утилизации и обезвреживания отходов в общем объеме образованных отходов в РФ к 2030 г. прогнозируется как 85,4%. В документе указывается на необходимость увеличения объемов переработки таких отходов, как коммунальные, отходы агропромышленного комплекса, включая животноводческие, отходы нефтехимического комплекса,
полимерные,отходы шин, покрышек, камер автомобильных, отходы деревообработки и макулатура, то есть переработки углеродосодержащих отходов (УСО).
Среди острых экологических проблем - проблема обезвреживания отходов производства и потребления. Таких отходов накопилось к настоящему времени 35 миллиардов тонн. Свалки под мусор занимают сейчас почти 48 тысяч гектар, хотя законодательством введены жесткие нормы утилизации и обезвреживания коммунальных отходов.
Особую опасность представляют иловые осадки канализационных сточных вод, которые образуется в РФ ежегодно в количестве более 150 млн. тонн в пересчете на сухое вещество. Осадки содержат помимо минеральной и органической составляющих и вредные компоненты - сероводород, амины, альдегиды и т.п., а также патогенную микрофлору, паразитные агенты, болезнетворные вирусы, кишечные палочки и палочки Коха.
Нередко спецификой городских канализационных систем является результат смешивания коммунальных и промышленных сточных вод. Тогда в осадках могут присутствовать соединения тяжелых металлов, органические соединения типа бенз(а)пирена, пестицидов, фенолов и т.д. А это означает, что использовать такие иловые осадки для изготовления удобрений небезопасно. Тогда альтернативой является пиролизная переработка иловых осадков, как углеродосодержащих отходов (УСО), с получением газообразного, жидкого пиролизных топлив и твердого остатка (полукокса, или карбонизата), содержащего определенное количество углерода и являющегося потому потенциальным сорбентом для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Пиролиз УСО экономически более целесообразен, поскольку в отличие от обычного сжигания УСО с одной стороны снижает негативное воздействие на атмосферный воздух, а с другой позволяет получить ряд продуктов, которые могут быть реализованы с целью частичной или полной компенсации затрат на переработку. Пиролиз возможен для большинства углеродосодержащих отходов, например, таких как древесные отходы (древесные опилки), отработанные автомобильные покрышки, куриный помет, коровий навоз, твердые коммунальные отходы, отходы полимеров и т.п.
Рентабельность переработки отходов повышается, если продукты переработки вовлекаются в хозяйственный оборот благодаря полезным свойствам и экологической безопасности. Твердые продукты пиролиза углеродосодержащих отходов (УСО) (условно карбонизат) характеризуются определенными сорбционными свойствами и могут применяться для очистки сточных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов. Однако, первоначально полученные продукты переработки отходов подлежат модифицированию с целью улучшения их потребительских свойств.
Целью работы является разработка новых сорбционных материалов для очистки сточных вод на основе продуктов низкотемпературного пиролиза углеродосодержащих отходов (условно карбонизат) - иловых осадков, древесных опилок и изношенных автомобильных покрышек.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- получение твердых продуктов пиролиза УСО - иловых осадков, древесных отходов ( опилки ), изношенных автомобильных покрышек, в производственных условиях;
- изучение общих свойств карбонизатов: гранулометрический состав, влажность и массовая доля золы;
- исследование показателей водной вытяжки - рН, удельная электропроводность, минерализация, БПК, содержание анионов и катионов, содержание ионов тяжелых металлов;
- исследование элементного состава поверхности сорбционных материалов, распределения элементов по поверхности, методами сканирующей рентгеновской и электронной микроскопии;
- исследование площади поверхности, объема пор и радиуса пор продукта пиролиза иловых осадков методами БЭТ, БОИи t-метод Хэлсина установке Quantachrome 4200E;
- определение показателя по ГОСТу -адсорбционная активность по метиленовому голубому;
- изучение токсичности продуктов пиролиза биотестированием;
- разработка способов деминерализации продуктов пиролиза;
- проведение химической активации карбонизатов;
- совместная сорбция тяжелых металлов из модельных растворов;
- сорбция тяжелых металлов по отдельности из модельных растворов;
- оценка эффективности сорбционных свойств карбонизатов и полученных из них сорбентов методом активирования;
- изучение способов регенерации отработанных сорбентов;
- расчет технико-экономических показателей.
Объект исследования - твердые продукты пиролиза (карбонизаты) углеродосодержащих отходов (УСО) - иловых осадков, древесных отходов (опилки), изношенных автомобильных покрышек.
Предмет исследования - показатели, характеризующие сорбционные свойства карбонизатов по отношению к тяжелым металлам, содержащимся в поверхностных и сточных водах, - влажность, дисперсионный состав, эффективность сорбции тяжелых металлов, показатели водной вытяжки - рН, удельная электропроводность, минерализация, токсичность, БПК.
В качестве объектов исследования в настоящей работе взяты образцы продуктов пиролизной переработки УСО, полученных на производственной линии по пиролизу отходов на иловых полях ООО «Челныводоканал», то есть испытанию подвергаются не лабораторные, а реальные производственные продукты (продукты, полученные в производственных условиях). А потому нет необходимости в проведении поэтапных лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний карбонизатов по схеме:
лабораторные исследования^полупромышленные испытания ^промышленные испытания.
В работе применены современные методы пробо-подготовки и количественного химического анализа: потенциометрия, ион-селективная ионометрия, кондуктометрия, ИК-спектроскопия, атомная сорбционная и эмиссионная спектроскопии, рентгеновская и электронная микроскопия, автоматическая волюметрия посредством сорбции азота.
Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к изучению сорбционных материалов из углеродосодержащих отходов, отличающемся применением широкого спектра современных физикохимических методов количественных измерений, который сочетается с многоплановостью исследования разнообразных аспектов свойств сорбционных материалов и разработки процедуры их активирования и деминерализации твердых продуктов пиролиза.
Инновационность работы заключается в разработке метода извлечения вредных ингредиентов из твердых продуктов пиролиза без применения химических реагентов посредством физического воздействия встряхивания и ультразвука.
Практическая значимость работы заключается в разработке метода получения из твердых продуктов пиролиза новых экологически безопасных сорбционных материалов из опасных углеродосодержащих отходов - сорбентов тяжелых металлов из производственных и прочих сточных вод.
Работа выполнялась по заказам предприятий ООО «ИнтерБизнесГруппИнжиниринг» и ООО «Эко-Сила НЧ». Кроме того, к результатам работы проявило интерес предприятие, специализирующееся на переработке отходов, ООО «ПЭК».
полимерные,отходы шин, покрышек, камер автомобильных, отходы деревообработки и макулатура, то есть переработки углеродосодержащих отходов (УСО).
Среди острых экологических проблем - проблема обезвреживания отходов производства и потребления. Таких отходов накопилось к настоящему времени 35 миллиардов тонн. Свалки под мусор занимают сейчас почти 48 тысяч гектар, хотя законодательством введены жесткие нормы утилизации и обезвреживания коммунальных отходов.
Особую опасность представляют иловые осадки канализационных сточных вод, которые образуется в РФ ежегодно в количестве более 150 млн. тонн в пересчете на сухое вещество. Осадки содержат помимо минеральной и органической составляющих и вредные компоненты - сероводород, амины, альдегиды и т.п., а также патогенную микрофлору, паразитные агенты, болезнетворные вирусы, кишечные палочки и палочки Коха.
Нередко спецификой городских канализационных систем является результат смешивания коммунальных и промышленных сточных вод. Тогда в осадках могут присутствовать соединения тяжелых металлов, органические соединения типа бенз(а)пирена, пестицидов, фенолов и т.д. А это означает, что использовать такие иловые осадки для изготовления удобрений небезопасно. Тогда альтернативой является пиролизная переработка иловых осадков, как углеродосодержащих отходов (УСО), с получением газообразного, жидкого пиролизных топлив и твердого остатка (полукокса, или карбонизата), содержащего определенное количество углерода и являющегося потому потенциальным сорбентом для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Пиролиз УСО экономически более целесообразен, поскольку в отличие от обычного сжигания УСО с одной стороны снижает негативное воздействие на атмосферный воздух, а с другой позволяет получить ряд продуктов, которые могут быть реализованы с целью частичной или полной компенсации затрат на переработку. Пиролиз возможен для большинства углеродосодержащих отходов, например, таких как древесные отходы (древесные опилки), отработанные автомобильные покрышки, куриный помет, коровий навоз, твердые коммунальные отходы, отходы полимеров и т.п.
Рентабельность переработки отходов повышается, если продукты переработки вовлекаются в хозяйственный оборот благодаря полезным свойствам и экологической безопасности. Твердые продукты пиролиза углеродосодержащих отходов (УСО) (условно карбонизат) характеризуются определенными сорбционными свойствами и могут применяться для очистки сточных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов. Однако, первоначально полученные продукты переработки отходов подлежат модифицированию с целью улучшения их потребительских свойств.
Целью работы является разработка новых сорбционных материалов для очистки сточных вод на основе продуктов низкотемпературного пиролиза углеродосодержащих отходов (условно карбонизат) - иловых осадков, древесных опилок и изношенных автомобильных покрышек.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- получение твердых продуктов пиролиза УСО - иловых осадков, древесных отходов ( опилки ), изношенных автомобильных покрышек, в производственных условиях;
- изучение общих свойств карбонизатов: гранулометрический состав, влажность и массовая доля золы;
- исследование показателей водной вытяжки - рН, удельная электропроводность, минерализация, БПК, содержание анионов и катионов, содержание ионов тяжелых металлов;
- исследование элементного состава поверхности сорбционных материалов, распределения элементов по поверхности, методами сканирующей рентгеновской и электронной микроскопии;
- исследование площади поверхности, объема пор и радиуса пор продукта пиролиза иловых осадков методами БЭТ, БОИи t-метод Хэлсина установке Quantachrome 4200E;
- определение показателя по ГОСТу -адсорбционная активность по метиленовому голубому;
- изучение токсичности продуктов пиролиза биотестированием;
- разработка способов деминерализации продуктов пиролиза;
- проведение химической активации карбонизатов;
- совместная сорбция тяжелых металлов из модельных растворов;
- сорбция тяжелых металлов по отдельности из модельных растворов;
- оценка эффективности сорбционных свойств карбонизатов и полученных из них сорбентов методом активирования;
- изучение способов регенерации отработанных сорбентов;
- расчет технико-экономических показателей.
Объект исследования - твердые продукты пиролиза (карбонизаты) углеродосодержащих отходов (УСО) - иловых осадков, древесных отходов (опилки), изношенных автомобильных покрышек.
Предмет исследования - показатели, характеризующие сорбционные свойства карбонизатов по отношению к тяжелым металлам, содержащимся в поверхностных и сточных водах, - влажность, дисперсионный состав, эффективность сорбции тяжелых металлов, показатели водной вытяжки - рН, удельная электропроводность, минерализация, токсичность, БПК.
В качестве объектов исследования в настоящей работе взяты образцы продуктов пиролизной переработки УСО, полученных на производственной линии по пиролизу отходов на иловых полях ООО «Челныводоканал», то есть испытанию подвергаются не лабораторные, а реальные производственные продукты (продукты, полученные в производственных условиях). А потому нет необходимости в проведении поэтапных лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний карбонизатов по схеме:
лабораторные исследования^полупромышленные испытания ^промышленные испытания.
В работе применены современные методы пробо-подготовки и количественного химического анализа: потенциометрия, ион-селективная ионометрия, кондуктометрия, ИК-спектроскопия, атомная сорбционная и эмиссионная спектроскопии, рентгеновская и электронная микроскопия, автоматическая волюметрия посредством сорбции азота.
Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к изучению сорбционных материалов из углеродосодержащих отходов, отличающемся применением широкого спектра современных физикохимических методов количественных измерений, который сочетается с многоплановостью исследования разнообразных аспектов свойств сорбционных материалов и разработки процедуры их активирования и деминерализации твердых продуктов пиролиза.
Инновационность работы заключается в разработке метода извлечения вредных ингредиентов из твердых продуктов пиролиза без применения химических реагентов посредством физического воздействия встряхивания и ультразвука.
Практическая значимость работы заключается в разработке метода получения из твердых продуктов пиролиза новых экологически безопасных сорбционных материалов из опасных углеродосодержащих отходов - сорбентов тяжелых металлов из производственных и прочих сточных вод.
Работа выполнялась по заказам предприятий ООО «ИнтерБизнесГруппИнжиниринг» и ООО «Эко-Сила НЧ». Кроме того, к результатам работы проявило интерес предприятие, специализирующееся на переработке отходов, ООО «ПЭК».
Таким образом, в результате исследования данной темы ВКР можно сделать следующие выводы.
Посредством низкотемпературного пиролиза в производственных условиях получены образцы карбонизатов иловых осадков канализационных стоков, древесных отходов и отходов резины.
Методом биотестирования показано, что полученные карбонизаты относятся к IV (четвертому) классу опасности.
Способом сорбции-десорбции азота при t = -196 оС определены удельная поверхность (метод БЭТ), объем пор (метод BJH), радиус пор (DH- метод). Полученные данные свидетельствуют о наличии сорбционных свойств у карбонизатов, что подтверждено также сорбционным поглощением метиленового голубого.
Методом сканирующей электронной и рентгеновской микроскопии изучены элементный состав и структура поверхности карбонизатов.
Изучена деминерализация твердых продуктов пиролиза различных УСО (иловые осадки, отработанные автомобильные покрышки, древесные отходы) в сравнении с товарным сорбентам (БАУ) для суспензий 1:100 и 5:100. Предложен способ оценки эффективности деминерализации ТИП.
Показано, что применение ультразвукового воздействия на суспензии позволяет существенно повысить эффективность процесса деминерализации при малом остаточном содержании электролитов после проведения пятикратного встряхивания.
Изучены способы химического активирования карбонизатов в сорбенты в лабораторных условиях. Показано, что наиболее эффективным является активирование раствором щелочи.
Установлено, что активированный карбонизат иловых осадков по уровню эффективности не уступает товарному сорбенту тяжелых металлов марки БАУ.
Разработана процедура активирования ТПП УСО, заключающаяся в поэтапном встряхивании, ультразвуковой обработке и химическом воздействии раствора однопроцентной щелочи на ТПП, что позволяет получить высокоэффективный сорбент тяжелых металлов из осадков канализационных стоков.
Широкое применение предлагаемых сорбционных материалов из продуктов пиролизной переработки УСО будет способствовать:
- совершенствованию технологии пиролизной переработки УСО и технологии получения новых материалов из отходов производства и потребления;
- расширению перечня сорбционных материалов за счет производства новых эффективных и дешевых сорбентов из отходов;
- снижению накопленного экологического ущерба;
- оздоровлению экологической обстановки и сохранению здоровья людей за счет уменьшения запасов УСО и снижения эмиссии вредных веществ;
- сокращению площадей под временное и длительное хранение УСО;
- росту потребления сопутствующей продукции пиролиза УСО - электро- и теплоэнергии, что позволит сделать технологию изготовления сорбентов энергетически самодостаточной;
- снижению логистических издержек по обращению с углеродосодержащими отходами производства и потребления.
Посредством низкотемпературного пиролиза в производственных условиях получены образцы карбонизатов иловых осадков канализационных стоков, древесных отходов и отходов резины.
Методом биотестирования показано, что полученные карбонизаты относятся к IV (четвертому) классу опасности.
Способом сорбции-десорбции азота при t = -196 оС определены удельная поверхность (метод БЭТ), объем пор (метод BJH), радиус пор (DH- метод). Полученные данные свидетельствуют о наличии сорбционных свойств у карбонизатов, что подтверждено также сорбционным поглощением метиленового голубого.
Методом сканирующей электронной и рентгеновской микроскопии изучены элементный состав и структура поверхности карбонизатов.
Изучена деминерализация твердых продуктов пиролиза различных УСО (иловые осадки, отработанные автомобильные покрышки, древесные отходы) в сравнении с товарным сорбентам (БАУ) для суспензий 1:100 и 5:100. Предложен способ оценки эффективности деминерализации ТИП.
Показано, что применение ультразвукового воздействия на суспензии позволяет существенно повысить эффективность процесса деминерализации при малом остаточном содержании электролитов после проведения пятикратного встряхивания.
Изучены способы химического активирования карбонизатов в сорбенты в лабораторных условиях. Показано, что наиболее эффективным является активирование раствором щелочи.
Установлено, что активированный карбонизат иловых осадков по уровню эффективности не уступает товарному сорбенту тяжелых металлов марки БАУ.
Разработана процедура активирования ТПП УСО, заключающаяся в поэтапном встряхивании, ультразвуковой обработке и химическом воздействии раствора однопроцентной щелочи на ТПП, что позволяет получить высокоэффективный сорбент тяжелых металлов из осадков канализационных стоков.
Широкое применение предлагаемых сорбционных материалов из продуктов пиролизной переработки УСО будет способствовать:
- совершенствованию технологии пиролизной переработки УСО и технологии получения новых материалов из отходов производства и потребления;
- расширению перечня сорбционных материалов за счет производства новых эффективных и дешевых сорбентов из отходов;
- снижению накопленного экологического ущерба;
- оздоровлению экологической обстановки и сохранению здоровья людей за счет уменьшения запасов УСО и снижения эмиссии вредных веществ;
- сокращению площадей под временное и длительное хранение УСО;
- росту потребления сопутствующей продукции пиролиза УСО - электро- и теплоэнергии, что позволит сделать технологию изготовления сорбентов энергетически самодостаточной;
- снижению логистических издержек по обращению с углеродосодержащими отходами производства и потребления.