Помощь студентам в учебе
Углеродистый продукт низкотемпературной конверсии иловых осадков в качестве сорбента
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Сточные воды 9
1.2 Методы очистки сточных вод 11
1.2.1 Механическая очистка сточных вод 11
1.2.2 Физико-химическая очистка сточных вод 12
1.2.3 Биологическая очистка сточных вод 13
1.2.3 Очистка сточных вод на ЗАО «Челныводоканал» 14
1.3 Образование иловых осадков 17
1.4 Обращение с иловыми осадками 20
1.4.1 Порядок обращения с иловыми осадками на ЗАО «Челныводоканал» 20
1.4.2 Размещение ИО. Иловые поля. Технологическая схема иловых полей 43
1.4.3 Иловые поля ЗАО «ЧЕЛНЫВОДОКАНАЛ» 47
1.5 Метод переработки ИО 59
1.5.1 Недостатки методов переработки ИО 62
1.5.2 Перспективные методы переработки ИО 66
1.6 Разновидности пиролизной переработки отходов 68
1.6.1 Переработка ИО пиролизным способом 69
1.7 Низкотемпературный непрерывный пиролиз 71
1.8 Объемы и виды ИО на территории ИнноКам 72
1.9 Общая схема концепции и цели (управления) обращения иловыми
осадками 74
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 78
2.1 Потенциометрический анализ 78
2.2 Атомно-абсорбционный анализ 81
2.2.1 Основы метода 81
2.2.2 Атомно-абсорбционный спектрометр «КВАНТ-2.ЭТА» 81
2.3 Электронный микроскоп марки «Jeol JSM-6390 LA» 85
2.4 Лазерный анализатор размера частиц марки «Microsizer 201С» 86
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 90
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 99
4.1 Основные правила работы в лаборатории технического анализа 100
4.2 Безопасные методы отбора проб для анализа, переноска и хранение
проб 100
4.3 Правила безопасной работы с огне и взрывоопасными веществами 101
4.4 Правила безопасной работы с едкими и токсичными веществами 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 108
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Сточные воды 9
1.2 Методы очистки сточных вод 11
1.2.1 Механическая очистка сточных вод 11
1.2.2 Физико-химическая очистка сточных вод 12
1.2.3 Биологическая очистка сточных вод 13
1.2.3 Очистка сточных вод на ЗАО «Челныводоканал» 14
1.3 Образование иловых осадков 17
1.4 Обращение с иловыми осадками 20
1.4.1 Порядок обращения с иловыми осадками на ЗАО «Челныводоканал» 20
1.4.2 Размещение ИО. Иловые поля. Технологическая схема иловых полей 43
1.4.3 Иловые поля ЗАО «ЧЕЛНЫВОДОКАНАЛ» 47
1.5 Метод переработки ИО 59
1.5.1 Недостатки методов переработки ИО 62
1.5.2 Перспективные методы переработки ИО 66
1.6 Разновидности пиролизной переработки отходов 68
1.6.1 Переработка ИО пиролизным способом 69
1.7 Низкотемпературный непрерывный пиролиз 71
1.8 Объемы и виды ИО на территории ИнноКам 72
1.9 Общая схема концепции и цели (управления) обращения иловыми
осадками 74
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 78
2.1 Потенциометрический анализ 78
2.2 Атомно-абсорбционный анализ 81
2.2.1 Основы метода 81
2.2.2 Атомно-абсорбционный спектрометр «КВАНТ-2.ЭТА» 81
2.3 Электронный микроскоп марки «Jeol JSM-6390 LA» 85
2.4 Лазерный анализатор размера частиц марки «Microsizer 201С» 86
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 90
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 99
4.1 Основные правила работы в лаборатории технического анализа 100
4.2 Безопасные методы отбора проб для анализа, переноска и хранение
проб 100
4.3 Правила безопасной работы с огне и взрывоопасными веществами 101
4.4 Правила безопасной работы с едкими и токсичными веществами 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 108
Актуальным вопросом в настоящее время является охрана окружающей среды от загрязнений, разработка ресурсосберегающих и безотходных технологий. В то же время использование систем оборотного водоснабжения и очистка хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод представляет собой важную и требующую решения задачу.
В результате хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека образуются отходы в виде сточных вод. Сточные воды, объединяющие производственные, бытовые и дождевые, являются источником загрязнения городских территорий.
Образующиеся в условиях городской агломерации при хозяйственно- бытовой и производственной деятельности человека отходы, в виде сточных вод, сбрасываются в канализацию. Канализованные стоки поступают на очистные сооружения, пройдя этапы очистки. Схема очистки сточных вод традиционна и включает в себя следующие основные операции: механическую очистку сточных вод в первичных отстойниках, биологическую очистку в аэротенках, очистку от взвешенных частиц активного ила во вторичных отстойниках, доочистку воды и обеззараживание.
В процессе прохождения сточными водами стадий очистки на очистных сооружениях образуется иловый осадок, в большинстве своем, не поддающейся какой-либо переработке, кроме как обезвоживанию на иловых полях в естественных условиях. Этот процесс долгосрочен и занимает огромные площади под иловые карты. Кроме того, складирование иловых осадков приводит к распространению неблагоприятного газовоздушного фона и не исключает загрязнение почв, поверхностных и подземных вод, растительности токсичными компонентами, входящими в состав осадков.
В Российской Федерации ежегодно образуется более 2 млн. тонн осадков сточных вод в пересчёте на сухое вещество [1]. Большие количества осадков, многокомпонентность и наличие в их составе соединений тяжелых металлов, наряду с другими поллютантами, а также отсутствие соответствующих технологий утилизации приводит к их накоплению и, соответственно, отторжению земель для складирования.
Существующие методы рекуперации и утилизации осадков биологической очистки сточных вод предлагают использовать последние в качестве источника для получения активированных углей, комплексных сорбционных материалов, предназначенных для удаления ионов тяжелых металлов, биоремедиации нефтезагрязненных почв, использования осадков сточных вод в качестве удобрений.
Применение осадков сточных вод для получения активированного угля объясняется высоким содержанием углерода в сухом веществе осадка и невысокими потерями массы при карбонизации. В процессе пиролиза образуется твердый остаток - пирокарбон или органо-минеральная композиция. Пиролиз осадков сточных вод с иловых полей при температуре 775-825 °С позволяет получить активированный уголь с высокой удельной поверхностью и микропористостью. Известно, что при карбонизации сухого вещества осадков сточных вод, максимальное количество летучих соединений отгоняется при 265-330 °С, а карбонизированный осадок образуется при нагревании без доступа воздуха до 420-655 °С [2].
Утилизация осадка указанным способом позволяет избавиться от илонакопителей и повысить качество очистки сточных вод.
Целью моей дипломной работы является исследование углеродистого продукта низкотемпературной конверсии иловых осадков в качестве сорбента загрязняющих воды веществ.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. изучение химического состава и физико-химических свойств углеродистого продукта;
2. исследование структуры и размера частиц угольного сорбента;
3. анализ сорбционных свойств продукта пиролиза иловых осадков.
В результате хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека образуются отходы в виде сточных вод. Сточные воды, объединяющие производственные, бытовые и дождевые, являются источником загрязнения городских территорий.
Образующиеся в условиях городской агломерации при хозяйственно- бытовой и производственной деятельности человека отходы, в виде сточных вод, сбрасываются в канализацию. Канализованные стоки поступают на очистные сооружения, пройдя этапы очистки. Схема очистки сточных вод традиционна и включает в себя следующие основные операции: механическую очистку сточных вод в первичных отстойниках, биологическую очистку в аэротенках, очистку от взвешенных частиц активного ила во вторичных отстойниках, доочистку воды и обеззараживание.
В процессе прохождения сточными водами стадий очистки на очистных сооружениях образуется иловый осадок, в большинстве своем, не поддающейся какой-либо переработке, кроме как обезвоживанию на иловых полях в естественных условиях. Этот процесс долгосрочен и занимает огромные площади под иловые карты. Кроме того, складирование иловых осадков приводит к распространению неблагоприятного газовоздушного фона и не исключает загрязнение почв, поверхностных и подземных вод, растительности токсичными компонентами, входящими в состав осадков.
В Российской Федерации ежегодно образуется более 2 млн. тонн осадков сточных вод в пересчёте на сухое вещество [1]. Большие количества осадков, многокомпонентность и наличие в их составе соединений тяжелых металлов, наряду с другими поллютантами, а также отсутствие соответствующих технологий утилизации приводит к их накоплению и, соответственно, отторжению земель для складирования.
Существующие методы рекуперации и утилизации осадков биологической очистки сточных вод предлагают использовать последние в качестве источника для получения активированных углей, комплексных сорбционных материалов, предназначенных для удаления ионов тяжелых металлов, биоремедиации нефтезагрязненных почв, использования осадков сточных вод в качестве удобрений.
Применение осадков сточных вод для получения активированного угля объясняется высоким содержанием углерода в сухом веществе осадка и невысокими потерями массы при карбонизации. В процессе пиролиза образуется твердый остаток - пирокарбон или органо-минеральная композиция. Пиролиз осадков сточных вод с иловых полей при температуре 775-825 °С позволяет получить активированный уголь с высокой удельной поверхностью и микропористостью. Известно, что при карбонизации сухого вещества осадков сточных вод, максимальное количество летучих соединений отгоняется при 265-330 °С, а карбонизированный осадок образуется при нагревании без доступа воздуха до 420-655 °С [2].
Утилизация осадка указанным способом позволяет избавиться от илонакопителей и повысить качество очистки сточных вод.
Целью моей дипломной работы является исследование углеродистого продукта низкотемпературной конверсии иловых осадков в качестве сорбента загрязняющих воды веществ.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. изучение химического состава и физико-химических свойств углеродистого продукта;
2. исследование структуры и размера частиц угольного сорбента;
3. анализ сорбционных свойств продукта пиролиза иловых осадков.
В результате пиролиза углеродсодержащих отходов от биологической очистки сточных вод был получен продукт - активированный угольный сорбент.
Исследование структуры показало, что сорбент имеет пористую структуру с размером зерен 200-500 мкм. Гранулометрический анализ сорбента показал следующий состав: 34,1 % УСП состоит из частиц с размерами от 200 до 300 мкм, 59,8 % - от 300 до 500 мкм и 3,1 % - от 10 до 200 мкм.
Анализ элементного состава определил содержание углерода и кислорода более 86 % , а минеральной части менее 14 % от элементного состава полученного сорбционного материала.
Исследование водной вытяжки от сорбента позволяет сделать выводы об отсутствии превышений ПДК максимальной концентрацией ионов железа, меди и хрома в водной вытяжке. pH водной вытяжки УСП составила 10,8 единиц pH. Кроме того, щелочная среда была характерна для модельных растворов ИТМ при добавлении навески с продуктом пиролиза илового осадка, что говорит о возможности дополнительной реагентной очистки сточных вод при использовании продукта пиролиза в качестве сорбента.
Были определены оптимальные условия для сорбции в статическом режиме: рН 6-8 единиц pH, температура: 20 °С и время сорбции: 15 минут для меди, 10 минут для железа и хрома. Анализ сорбционных свойств продукта пиролиза иловых осадков показал, что что максимальная сорбционная емкость для ионов Cu2+составляет 84 мг/г, Fe3+- 59 мг/г, Cr6+- 93 мг/г.
Исследования хромсодержащих стоков с производства ПАО «КАМАЗ» показало, что сорбционные свойства продукта пиролиза углеродсодержащих отходов от биологической очистки сточных вод позволяют использовать его в качестве сорбента для глубокой доочистки хромсодержащих стоков после очистки от ионов хрома до значений норматива.
Таким образом, утилизация илового осадка методом низкотемпературной конверсией позволяет избавиться от илонакопителей, получить сорбционный материал и повысить качество очистки сточных вод.
Исследование структуры показало, что сорбент имеет пористую структуру с размером зерен 200-500 мкм. Гранулометрический анализ сорбента показал следующий состав: 34,1 % УСП состоит из частиц с размерами от 200 до 300 мкм, 59,8 % - от 300 до 500 мкм и 3,1 % - от 10 до 200 мкм.
Анализ элементного состава определил содержание углерода и кислорода более 86 % , а минеральной части менее 14 % от элементного состава полученного сорбционного материала.
Исследование водной вытяжки от сорбента позволяет сделать выводы об отсутствии превышений ПДК максимальной концентрацией ионов железа, меди и хрома в водной вытяжке. pH водной вытяжки УСП составила 10,8 единиц pH. Кроме того, щелочная среда была характерна для модельных растворов ИТМ при добавлении навески с продуктом пиролиза илового осадка, что говорит о возможности дополнительной реагентной очистки сточных вод при использовании продукта пиролиза в качестве сорбента.
Были определены оптимальные условия для сорбции в статическом режиме: рН 6-8 единиц pH, температура: 20 °С и время сорбции: 15 минут для меди, 10 минут для железа и хрома. Анализ сорбционных свойств продукта пиролиза иловых осадков показал, что что максимальная сорбционная емкость для ионов Cu2+составляет 84 мг/г, Fe3+- 59 мг/г, Cr6+- 93 мг/г.
Исследования хромсодержащих стоков с производства ПАО «КАМАЗ» показало, что сорбционные свойства продукта пиролиза углеродсодержащих отходов от биологической очистки сточных вод позволяют использовать его в качестве сорбента для глубокой доочистки хромсодержащих стоков после очистки от ионов хрома до значений норматива.
Таким образом, утилизация илового осадка методом низкотемпературной конверсией позволяет избавиться от илонакопителей, получить сорбционный материал и повысить качество очистки сточных вод.