Введение 6
1. Литературный обзор 9
1.1. Общая характеристика существующих методов очистки 8
1.1.1. Метод осаждения 9
1.1.2. Электро флотация 9
1.1.3. Коагуляция 11
1.2. Мембранные методы очистки сточных вод 13
1.2.1. Обратный осмос 15
1.2.2. Нанофильтрация 16
1.3. Ионообменные мембраны 17
1.4. Способы модификации ионообменных мембран 19
1.4.1. Физические методы модификации мембран 21
1.4.2. Химические методы модификации 22
1.5. Патентные исследования 23
Заключение по главе 1 26
2. Материалы и методы 28
2.1. Характеристика исследуемых модельных растворов 28
2.2. Модификации мембран полианилином 29
2.2.1. Модификация мембраны «ЭМО-Н 45-300» 30
2.2.2. Модификация ацетат целлюлозной мембраны типа МФА-МА - №9.. .31
2.2.3. Модификация мембран типа ПТФЭ 32
2.2.4. Модификация нейлон-ПАНИ кипячением в агрессивных средах..33
2.3. Способ получения динамической мембраны нейлон-желатин 34
2.4. Атомно-абсорбционный анализ тяжелых металлов с помощью ААС-
спектрометра «КВАНТ-2.ЭТА» 34
2.5. Определение нефтепродуктов анализатором-концентратомером КН-3...38
2.6. Определение размера частиц и Z-потенциала на приборе марки
«NanoBrook Omni» 42
2.7. Метод определения оптической плотности 44
Заключение по главе 2 47
3. Результаты и их обсуждения 48
3.1. Анализ степени очистки модельных растворов от ионов ТМ 48
3.1.1. Анализ степени очистки модельных растворов от ионов ТМ рулонной
полисульфонамидной мембраны «ЭМО-Н 45-300» и «ЭМО-ПАНИ» 48
3.1.2. Анализ степени очистки модельных растворов ионов ТМ ацетат
целлюлозной мембраны «МФА-МА №9» и «МФА-ПАНИ» 49
3.1.3. Анализ степени очистки модельных растворов от ионов Fe3+и Cr3 модифицированной мембраны нейлон-ПАНИ кипячением в агрессивных
средах 51
3.1.4. Исследование удельной производительности мембран марки МФА-
ПАНИ с течением времени 52
3.1.5. Исследование удельной производительности мембран нейлон-
ПАНИ 54
3.2. Анализ степени очистки от нефтепродуктов из ВМЭ 55
3.2.1. Исследование удельной производительности и степени очистки от
нефтепродуктов ПТФЭ мембран в зависимости от времени обработки 55
3.2.2. Исследование удельной производительности мембраны нейлон-
желатин и степени очистки от нефтепродуктов 58
3.3. Анализ степени очистки от красителей 59
3.3.1. Исследование удельной производительности и степени очистки
мембран по модельному раствору красителя «Метиленовый синий» 59
Заключение по главе 3 62
4. Экономическая часть 63
4.1. Общие положения 63
4.2. Расчет себестоимости 63
4.2.1. Оплата труда 64
4.2.2. Амортизационные отчисления 66
4.2.3. Стоимость электроэнергии 68
4.2.4. Стоимость используемых реактивов на примере мембраны нейлон-
ПАНИ для очистки от ионов Fe3+и Cr3+ 69
4.2.5. Стоимость расходов, связанных с аккредитацией лаборатории, проведением ежегодной инспекции и аттестацией средств измерений ...70
4.3. Оценка величины предотвращенного экологического ущерба от
антропогенного воздействия 71
4.4. Экономическое обоснование использования мембранных методов
очистки сточных вод 73
4.4.1. Расчет капитальных затрат 74
4.2.2. Расчет суммы годовых текущих затрат 7 4
Заключение по главе 4 76
5. Охрана труда и техника безопасности 77
5.1. Охрана труда при работе в учебных лабораториях кафедры химии и
экологии НЧИ КФУ 77
5.1.1. Общие положения 77
5.1.2. Требования безопасности перед началом работы 77
5.1.3. Требования безопасности во время работы 78
5.1.4. Требования безопасности по окончании работы 79
5.2. Охрана труда при работе с кислотами и щелочами 80
5.2.1. Общие положения 80
5.2.2. Требования безопасности перед началом работы 80
5.2.3. Требования безопасности во время работы 81
5.2.4. Требования безопасности по окончании работы 83
5.3. Требование мер безопасности при работе со спектрометром 83
Заключение 85
Перечень условных сокращений 86
Список использованной литературы 87
Актуальность работы. Сточные воды машиностроительных, химических и нефтехимических производств содержат в своем составе ионы тяжелых металлов, красители, нефтепродукты и другие ингредиенты, которые при попадании в водные объекты наносят значительный экологический ущерб. В связи с этим, минимизация негативного антропогенного воздействия загрязняющих веществ на водные объекты является актуальной задачей во всем мире. Для ее решения в настоящее время разработано много методов и технологий, позволяющих снижать антропогенное воздействие на водные объекты.
Наибольшая их часть имеет высокую стоимость, ориентирована на импортное оборудование и дефицитные реагенты. Наилучшим решением этих проблем является применение технологий на основе мембранных методов. Основные преимущества мембранных методов: высокая разделяющая способность, высокая удельная производительность, устойчивость по отношению к компонентам разделяемой смеси, стабильность свойств во времени, селективность, малые расходы реагентов, компактность оборудования, легкость его монтажа, простота в управлении, возможность полной автоматизации [1-2].
В настоящее время мембранные процессы нашли широкое применение во многих областях науки и техники. Среди многообразия мембран, используемых в этих процессах, важное место занимают полимерные мембраны. Однако свойства существующих мембран зачастую не соответствуют требованиям технологических процессов, так как круг полимеров, пригодных для их производства, ограничен. Одним из способов совершенствования мембранных функций является модифицирование их поверхности. Данный способ позволяет использовать современные высокоэффективные методики модифицирования, которые за счет химического, физико-химического или физического воздействия на рабочую поверхность мембран придают уже готовым изделиям новые свойства, полезные в процессах разделения [3].
Поэтому работы, направленные на изучение процессов очистки многокомпонентных сточных вод химических и нефтехимических производств модифицированными мембранами, являются актуальными, имеют научное и практическое значение [4].
Цель работы - заключается в увеличении эффективности мембран с целью удаления ионов тяжелых металлов, красителей и нефтепродуктов из модельных растворов сточных вод посредством химической модификации мембран.
Для выполнения заданной цели были поставлены следующие задачи:
- разработка способа модификации следующих мембран: рулонная полисульфонамидная марки «ЭМО-Н 45-300», ацетат целлюлозная типа «МФА-МА №9», нейлоновая и политетрафторэтиленовая;
- проведение анализа степени очистки для удаления из модельных растворов ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов и красителей.
Объект исследований - мембранные элементы: целлюлозная типа «МФА-МА №9», нейлоновая и политетрафторэтиленовая; модельные растворы, содержащие ионы ТМ и нефтепродукты, краситель «Метиленовый синий».
Предмет исследований - изучение селективности и степени удаления ионов ТМ, красителей и нефтепродуктов из модельных растворов модифицированными мембранами.
Новизна работы заключается в разработке способов модификации мембран и удаления загрязняющих ингредиентов из модельных растворов с целью повышения эффективности очистки сточных вод от ионов ТМ, нефтепродуктов и красителей.
1. Показано, что номенклатура товарных мембран не обеспечивает потребность машиностроительных и нефтехимических производств в доступных и дешевых материалах для очистки сточных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов с помощью мембранных технологий.
2. Предложены новые мембранные материалы, полученные методами химической модификации известных рулонных и микрофильтрационных мембран.
3. Модификации подвергали полисульфонамидные, ацетатцеллюлозные, нейлоновые и политетрафторэтиленовые мембраны тремя основными способами - образованием на поверхности полианилина, кипячением в воде и в растворах пероксида водорода и оснований, а также нанесением слоя желатины с помощью лабораторной мембранной установки.
4. Установлено, что производительность мембран несколько снижается, а селективность возрастает, что дает возможность выбора наиболее эффективной мембраны для извлечения заданного загрязняющего сточные воды ингредиента с высокой степенью очистки стока.
5. Результаты работы позволяют выполнять заказы предприятий по доочистке сточных вод от трудно извлекаемых традиционными способами вредных компонентов предлагаемым нами методом с применением модифицированных под конкретную задачу мембран.
6. Экономический эффект на примере ПАО «КАМАЗ» с учетом предотвращенного экологического ущерба на годовой объем стоков составляет примерно 45 млн. 100 тыс. рублей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
