авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

Филатова Елена Геннадьевна

ОЧИСТКА И ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ

МЕТАЛЛОВ, ОСНОВАННЫЕ НА ИНТЕНСИФИКАЦИИ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность: 05.23.04 – Водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Самара – 2015

2

Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский

технический университет» на кафедре общеобразовательных дисциплин

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследо-

вательский технический университет», профессор

кафедры общеобразовательных дисциплин

Дударев Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный

архитектурно-строительный университет», заве-

дующая кафедрой водоснабжения и водоотведения

Москвичева Елена Викторовна

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный стро-

ительный университет», профессор кафедры водо-

снабжения и водоотведения

Серпокрылов Николай Сергеевич

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный

технический университет», заведующий кафедрой

процессы и аппараты химических производств

Голованчиков Александр Борисович

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный

университет»

Защита состоится 30 октября 2015 г. в 11 ч. 00 мин. на заседании

диссертационного совета Д 212.213.02 в ФГБОУ ВПО «Самарский гос-

ударственный архитектурно-строительный университет» по адресу:

443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 194.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Са-

марский государственный архитектурно-строительный университет» по ад-

ресу: 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 194 и на вебсайте

http://www.samgasu.ru/

Автореферат разослан «___» _________ 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., доцент

А. А. Михасек

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды, вызванное техно-

генной деятельностью человека, является одной из приоритетных проблем,

которая требует пристального внимания общества в целом и своевременных

эффективных технологических решений. Наибольшую актуальность пред-

ставляет проблема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Одними

из значимых антропогенных источников поступления ионов тяжелых метал-

лов в окружающую среду являются сточные воды предприятий приборострое-

ния, машиностроения, цветной металлургии и ряда других отраслей. Тяжелые

металлы представляют серьезную экотоксилогическую опасность, так как не-

однократно было отмечено их вредное воздействие на физиологию человека.

На локальных очистных сооружениях гальванического производства

вышеперечисленных предприятий чаще всего применяют реагентные методы

очистки сточных вод, которые не позволяют снизить концентрацию ионов

тяжелых металлов до нормативов, допустимых концентраций загрязняющих

веществ, принимаемых в систему городской канализации, а также до норма-

тивов сброса в открытые водоемы, в том числе и рыбохозяйственные. В связи

с этим сточные воды необходимо либо подвергать дополнительной доочист-

ке в соответствии с постоянно ужесточающимися нормативами, либо искать

альтернативные методы предотвращения экотоксилогической опасности.

В качестве альтернативных эффективных и прогрессивных методов

очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов признаны те, в основе ко-

торых лежат физико-химические процессы. Они включают в себя электрохи-

мические и адсорбционные методы обработки сточных вод.

Электрохимические методы зарекомендовали себя как эффективные и

прогрессивные технологии очистки воды. Установки по реализации этих ме-

тодов достаточно компактны, высокопроизводительны, процессы управления

и эксплуатации сравнительно просто автоматизируются. Одним из старейших

4

электрохимических методов является электрохимическая коагуляция. Выска-

зано предположение, что интенсифицировав этот метод, можно устранить ос-

новные недостатки, препятствующие практическому его применению в очист-

ных технологиях.

Адсорбционные методы очистки сточных вод наряду с высокой эффек-

тивностью относятся к наиболее экологически чистым методам. Основным

критерием при выборе материала для очистки сточных вод являются его ад-

сорбционные качества, пористость структуры и экономичность. Поэтому

наряду с высокоэффективными, но дорогостоящими, синтетическими поли-

мерными адсорбентами активно исследуются относительно недорогие и до-

ступные углеродные адсорбенты, кремнезем, торф и продукты его перера-

ботки, золы, карбонатсодержащие техногенные отходы и др. Достойное ме-

сто в этом ряду занимают природные цеолиты. Их высокая адсорбционная

способность и молекулярно-ситовой эффект определяют широкое использо-

вание цеолитов при очистке питьевой воды, извлечении ионов тяжелых ме-

таллов из производственных сточных вод, реабилитации рекреационных и

рыбохозяйственных водоемов.

В результате применения адсорбционных методов очистки на практике

после регенерации адсорбентов образуется большое количество высокоток-

сичных и высококонцентрированных элюатов, отработанного адсорбционно-

го материала, которые необходимо утилизировать. Возможность извлечения

ценных компонентов из отработанных элюатов позволяет не только миними-

зировать негативное воздействие человека на окружающую среду, но и по-

вторно использовать ценные компоненты отходов.

Представляется целесообразным разрабатывать инновационные техно-

логии очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанные на фун-

даментальных научных направлениях физической химии, составляющих ба-

зис знаний создания будущих технологий очистки.

5

Цель работы: научное обоснование и создание эффективных электро-

химической и адсорбционной технологий очистки и доочистки сточных вод

от ионов тяжелых металлов, основанных на интенсификации физико-

химических процессов.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. провести анализ современных методов очистки сточных вод от ионов

тяжелых металлов и определить приоритетные направления исследований по

интенсификации физико-химических процессов электрохимической и ад-

сорбционной технологиям очистки;

2. изучить адсорбционные свойства гидроксида алюминия, полученного

электрохимическим путем, по отношению к ионам тяжелых металлов, под-

твердить возможность протекания адсорбционного процесса рассчитанными

термодинамическими функциями, выявить основные факторы, влияющие на

фракционное разделение скоагулированных загрязнений, образующихся в

ходе электрохимической обработки сточных вод;

3. установить на основании кинетических исследований и математическо-

го моделирования режимы работы электролизера с алюминиевыми анодами,

позволяющие наиболее полно удалять ионы тяжелых металлов из сточных вод;

4. исследовать термодинамические и кинетические закономерности ге-

терогенных адсорбционных равновесий на границе цеолит–водный раствор,

содержащий ионы Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cr3+, Fe3+, определить состав элюентов и

условия, позволяющие наиболее полно и избирательно десорбировать ионы

тяжелых металлов из природных цеолитов;

5. установить механизмы удаления ионов тяжелых металлов из водных

растворов электрогенерируемым гидроксидом алюминия и природными цео-

литами Забайкальского месторождения;

6. разработать новые технологические процессы и оборудование, обес-

печивающее эффективную очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов;

6

7. подтвердить в полупроизводственных и производственных условиях

соответствие научных положений и технологических решений по электрохи-

мической очистке сточных вод в электролизерах с алюминиевыми анодами и

по адсорбционной доочистке сточных вод в адсорберах с загрузкой из при-

родных цеолитов.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются

сточные воды гальванических производств; электрогенерирумый гидроксид

алюминия; природные цеолиты Забайкальского месторождения. Предмет ис-

следованияосновные закономерности процессов очистки сточных вод от

ионов

тяжелых

металлов,

основанные

на

интенсификации

физико-

химических процессов.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.

Методологической базой являются экспериментальные методы термодинами-

ческих, кинетических и технологических исследований Теоретической базой

диссертационного исследования являются фундаментальные закономерности

электрохимических процессов, адсорбции и ионного обмена. В качестве эмпи-

рической базы исследования использованы

лабораторные и полупроизвод-

ственные экспериментальные установки, действующие сооружения адсорбци-

онной очистки на станции нейтрализации ОАО «Иркутский релейный завод».

Научная новизна работы. При выполнении комплекса исследований, ана-

лиза полученных результатов, реализации технических решений по очистке про-

мышленных сточных вод в лабораторных, полупроизводственных и производ-

ственных условиях впервые:

1. Разработаны новые математические модели, позволяющие описывать

кинетические и термодинамические закономерности электрохимической очист-

ки сточных вод по токсикологическим показателям качества очищенной воды.

2. Установлены рациональные режимы электрохимической очистки

сточных вод, осуществляемой в электролизерах с алюминиевыми анодами.

7

Оптимальная анодная плотность тока алюминиевых электродов (марки Д1,

АД31) составляет 9–16 А/м2. Показано, что при рН среды 7,6 наблюдается

минимальный расход электроэнергии и алюминия.

3. Найдено, что основной коагулирующей фазой, участвующей в ад-

сорбции ионов тяжелых металлов является гидроксид алюминия γ-

модификации – гиббсит. Механизм адсорбции заключается в том, что на по-

верхности скоагулированных частиц Al(OH)3 одновременно протекают про-

цессы образования гидроксоаквакомплексов исследуемых металлов и их ад-

сорбция. Доказано, что адсорбция гидроксоаквакомплексов на поверхности

гиббсита происходит в основном за счет сил дисперсионного взаимодействия.

4. Установлено, что для флотационного удаления массы скоагулирован-

ных загрязнений, размеры флотируемых частиц должны быть не более 150

нм. Показано: для достижения требуемого эффекта необходимо использовать

сточную воду с содержанием общего железа до 1 мг/дм3. Содержание

остальных ионов тяжелых металлов не должно превышать концентрации

вредных веществ на выходе из гальванического цеха согласно ГОСТ 9.314-90,

при этом сбор и очистку хромсодержащих сточных вод необходимо производить

отдельно от прочих потоков.

5. Установлены закономерности адсорбции ионов Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cr3+,

Fe3+ природными цеолитами, протекающие в кислой и нейтральных средах.

Показано, что скорость процесса, изменяющаяся от 0,16·10-6

до 2,8·10-6

моль/м2·с, определяется стадией внешней диффузии и по законам формальной

кинетики подчиняется реакции второго порядка. Выявлено, что адсорбция со-

провождается малым изменением энтальпии от – 0,7 до –1,9 кДж/моль. На

основании результатов ИК-спектроскопии, электронной микроскопии и рент-

генографического анализа доказан ионообменный механизм адсорбции.

6. Разработана схема регенерации природных цеолитов, практическое

применение которой позволяет многократно использовать регенерированные

8

цеолиты в процессах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, а по-

лученные при регенерации элюаты (сульфаты никеля, меди и цинка), исполь-

зовать повторно в производстве в качестве составных компонентов электроли-

тов, используемых для нанесения гальванопокрытий.

Практическая ценность и теоретическая значимость исследований.

1. Разработана новая электрохимическая технология очистки промышлен-

ных сточных вод, протекающая с образованием электрогенерирумого гиббсита,

адсорбирующего на своей поверхности ионы тяжелых металлов, включающая

фракционное разделение образующихся скоагулированных загрязнений, поз-

воляющая производить очистку сточных вод до норм технической воды второй

категории, соответствующей показателям ГОСТа 9.314-90.

2. Предложена конструкция электрофлотокоагулятора, эксплуатация ко-

торого на локальных очистных сооружениях промышленных предприятий поз-

воляет извлекать ионы тяжелых металлов из концентрированных растворов и от-

работанных электролитов, в частности электролитов никелирования, повышая

при этом скорость и эффективность очистки.

3. Разработана технология глубокой доочистки промышленных сточных вод

с использованием природных цеолитов Забайкальского месторождения, осно-

ванная на ионном обмене, позволяющая производить очистку сточных вод до

нормативов допустимых концентраций загрязняющих веществ, принимаемых в

систему городской канализации.

4. Модернизирована конструкция адсорбера с загрузкой из природных

цеолитов, позволяющая увеличивать скорость фильтрации до 12 м/ч при

очистке сточных вод, что в свою очередь приводит к сокращению времени

очистки, и уменьшению расхода адсорбента; адсорбер может быть использо-

ван на станции нейтрализации гальванического производства.

5. Предложен технологический процесс десорбции ионов тяжелых металлов

разбавленной серной кислотой, позволяющий многократно использовать реге-

9

нерированные цеолиты для доочистки сточных вод, а также дающий возмож-

ность использовать полученные элюаты (сульфаты никеля, меди и цинка) по-

вторно в производстве в качестве составных компонентов электролитов, исполь-

зуемых для нанесения гальванопокрытий.

Личный вклад автора. Автор лично участвовал в постановке цели, разра-

ботке задач исследований, выполнении экспериментальной части работы, обра-

ботке и обсуждении полученных результатов и их анализе, выполнении технико-

экономических и экологических расчетов, внедрении результатов.

На защиту выносятся:

1. рациональные режимы работы электролизера с алюминиевыми анода-

ми, позволяющие наиболее полно удалять ионы тяжелых металлов в резуль-

тате их адсорбции на гидроксиде алюминия γ-модификации;

2. математические модели позволяющие описывать кинетические и тер-

модинамические закономерности электрохимической очистки сточных вод

по токсикологическим показателям качества очищенной воды.

3. рациональные режимы работы адсорбера с загрузкой из природных цео-

литов, эксплуатация которого позволяет увеличивать скорость фильтрации и

сокращать время глубокой доочистки сточных вод от ионов тяжелых металлов;

4. результаты десорбции ионов тяжелых металлов из отработанных цеоли-

тов разбавленной серной кислотой, многократное использование регенерирован-

ных цеолитов для очистки сточных вод и возможность применения полученных

элюатов в производстве для нанесения гальванопокрытий;

5. научные положения и технологические решения по электрохимической

очистке сточных вод в электролизерах с алюминиевыми анодами и по адсорбци-

онной доочистке сточных вод в адсорберах с загрузкой из природных цеолитов;

6. результаты технико-экономического обоснования реконструкции и

строительства сооружений электрохимической и адсорбционной очистки

сточных вод гальванического производства.

10

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием в

работе стандартных методов анализа, выполненных на современном

экспериментальном

оборудовании,

оснащенном

автоматизированными

системами управления, многократным воспроизведением экспериментов в

лабораторных,

полупроизводственных

и

производственных

условиях,

высокой

сходимостью

экспериментальных

и

расчетных

данных,

применением современных компьютерных программ при статистической

обработке результатов и математическом моделировании остаточной

концентрации

ионов

тяжелых

металлов

в

сточных

водах,

удовлетворительной сходимостью полученных результатов с результатами

полученными

другими

авторами.

Обоснованность

предлагаемых

технологических процессов и сооружений подтверждена результатами

работы промышленных и полупромышленных установок в лабораторных,

полупроизводственных и производственных испытаниях.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной

работы были доложены и обсуждены на Всероссийском симпозиуме с уча-

стием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пори-

стости и адсорбционной селективности» (Москва - Клязьма, 2009, 2013-2015

гг.); на Международной конференции «Современные проблемы адсорбции»

(Москва, 2011 г.); на конференции «Методы анализа и контроля качества во-

ды» (Москва, 2012 г.); на IV Международной научной конференции «Сор-

бенты как фактор качества жизни и здоровья» (Белгород, 2012 г.); на IХ

научной конференции «Аналитика Сибири и дальнего Востока» (Красноярск,

2012 г.); на Международной научной конференции «Наука, образование,

производство в решении экологических проблем» (Уфа, 2012 г.); на Между-

народной конференции «Перспективные вопросы мировой науки» (София,

2012 г.); на 2-ой Всероссийской конференции «Аналитическая хроматогра-

фия и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2013 г.); на Международной

11

научной конференции «Современное общество и экология» (Чебоксары, 2013

г.); на Всероссийской научной конференции по фундаментальным вопросам

адсорбции с участием иностранных ученых (Тверь, 2013 г.); на Международ-

ной конференции «Восточное партнерство-2013» (Польша, 2013 г.); на Вто-

ром Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Кинетика

и

динамика обменных процессов» (Краснодарский край. Дивноморское,

2013 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Современ-

ное состояние и проблемы естественных наук» (Югра, 2014 г.); на Всерос-

сийской научной конференции с международным участием «Успехи синтеза

и комплексообразования» (Москва, 2014 г.); на IV Всероссийской научно-

практической конференции с международным участием «Безопасность-2014»

(Уфа, 2014 г.); на Всероссийской конференции с международным участием

«Актуальные проблемы синтеза нанопористых материалов, химии поверхно-

сти и адсорбции» (Санкт-Петербург, 2014 г.).

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-08-01009, гранта

ученого совета ИрГТУ конкурса «Инвестиции в будущее».

Реализация работы. Проведены производственные испытания электро-

химического модуля с алюминиевыми электродами номинальной произво-

дительностью 0,1 м3/ч. Отработаны технологические режимы работы основ-

ных сооружений принципиальной схемы очистки сточных вод гальваниче-

ского производства, на основании которых представлены исходные данные

для проектирования нестандартного оборудования и разработки проекта ре-

конструкции очистных сооружений цеха гальванопокрытий предприятия ОАО

«Иркутский релейный завод».

Результаты работы использованы при разработке и внедрении сооруже-

ний глубокой доочистки – адсорбера c загрузкой из природных цеолитов

производительностью 10 м3/ч на станции нейтрализации ОАО «Иркутский

релейный завод».

12

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано

55 печатных работ, в том числе 25 статей в изданиях входящих в перечень

рецензируемых научных журналов рекомендованных ВАК РФ, в 2 моногра-

фиях и в 2 патентах РФ.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 330 страни-

цы состоит из введения, 7 глав, 12 приложений, содержит 91 таблицу и 97

рисунков. Список литературы включает 319 наименования отечественных и

зарубежных авторов.

Выражаю глубокую благодарность за ценные советы, замечания и кон-

сультации при подготовке диссертации профессору В.И. Дудареву; профес-

сору Н.П. Коновалову; профессору Ю.Н. Пожидаеву; профессору А.Н. Бара-

нову; доценту Н.Н. Шевелевой; доценту А.А. Анциферову; доценту О.И.

Рандину; доценту В.Н. Петровской; доценту Е.В. Кудрявцевой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность научно-технической проблемы,

решению которой посвящена диссертационная работа. Сформулирована цель

работы и задачи, научная новизна результатов, отражена их практическая и

теоретическая значимость.

В первой главе приведена экологическая оценка сточных вод, содержа-

щих ионы тяжелых металлов и обзор современных методов очистки.

Из обзора работ развития методов и технологий очистки сточных вод от

ионов тяжелых металлов следует, что наиболее перспективными методами

являются те, в основе которых лежат физико-химические процессы. Глубо-

кое исследование физико-химических процессов позволяет существенно ин-

тенсифицировать используемые на практике очистные технологии, в частно-

сти электрохимические, адсорбционные и др.

Среди электрохимических методов наибольшее распространение получи-

ли электрокоагуляция, электрофлотация и гальванокоагуляция.

13

Первые работы по электрокоагуляционной очистке воды появились в

1887 году, но до недавнего времени этот метод применялся в основном в

технологиях водоподготовки и в значительно меньшей мере для очистки

сточных вод от тяжелых металлов. Промышленное использование этого ме-

тода для очистки сточных вод в нашей стране началось в конце 60-х годов

XX века. Основы превращения примесей воды под воздействием электриче-

ского тока заложены в работах ученых: С.В. Яковлева, Л.А. Кульского, С.С.

Духина, И.С. Лаврова, О.В. Смирнова, И.Г. Краснобородько, В.А. Слипчен-

ко, В.А. Чантурия, В.Ф. Малько, а также зарубежных исследователей: Пола,

Флейшмана, Ньюмена, Лазорко и других.

Согласно современным представлениям электрокоагуляционная очистка

сточных вод признана устаревшим методом. К основным недостаткам, пре-

пятствующим ее практическому применению можно отнести большой расход

электроэнергии; листового металла (алюминия и железа); образование боль-

шого количества гидроксидов алюминия и железа; недостаточную эффектив-

ность очистки.

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы русcких фи-

зикохимиков – И.С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века

основные положения процесса смачивания, и Л.Г. Гурвича, разработавшего в

начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существен-

ное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Го-

дена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П.А. Ре-

биндера, А.Н. Фрумкина, И.Н. Плаксина, Б.В. Дерягина и др. В настоящее

время на основе известных экспериментальных работ Е.В. Алексеева, А.А.

Мамакова, Б.М. Матова, А.И. Мацнева, В.А. Колесникова, Д.В. Павлова, С.О.

Вараксина и др. электрофлотационный метод получил развитие и рекоменду-

ется к широкому внедрению для очистки сточных вод в различных отраслях

промышленности.

14

Применение электрофлотации на практике связано с необходимостью

предварительной очистки сточных вод от грубодисперсных загрязнений; в

некоторых случаях требуется также и очистка поверхности электродов и ме-

жэлектродного пространства от механических примесей. Кроме того, элек-

трофлотация не всегда обеспечивает требуемую степень очистки, что вызы-

вает необходимость интенсификации процесса путем дополнительного при-

менения коагулянтов или насыщения обрабатываемой жидкости газами в

напорных электролитических сатураторах.

В ряду электрохимических методов очистки сточных вод от ионов тяже-

лых металлов в последнее время достаточную популярность завоевал гальва-

нокоагуляционный метод очистки, предложенный Р.И. Острушко в 1975 году.

Гальванокоагуляция включена в реестр ЮНЕСКО в качестве рекомен-

дуемого новейшего метода очистки сточных вод.

К основным недостаткам гальванокоагуляционного метода очистки

можно отнести спонтанность процесса, сложность его автоматизации и

управления. Кроме того, процессы, происходящие в тонких слоях гальвано-

коагулятора при гальваноконтакте железа с углеродом, а также структуры,

образующиеся в растворе в зависимости от состояния самого раствора и его

физико-химических характеристик, изучены недостаточно.

Адсорбционные методы очистки сточных вод позволяют наиболее пол-

но извлекать токсичные ионы из растворов с низкой концентрацией. Одна-

ко, они экономически выгодны лишь при условии многократного использо-

вания адсорбентов. После регенерации адсорбентов образуется большое ко-

личество высокотоксичных и высококонцентрированных элюатов, которые

необходимо подвергать дополнительному обезвреживанию и утилизации.

Кроме того возникает проблема и по утилизации отработанного адсорбци-

онного материала.

15

Сделано заключение о необходимости проведения комплекса исследова-

ний, направленных на разработку новых технологии очистки сточных вод от

ионов тяжелых металлов, в том числе основанных на интенсификации физико-

химических процессов существующих методов. Новые технологии должны со-

ответствовать современным требованиям комплексного подхода к очистке

сточных вод. При этом качество очищенной сточной воды должно удовлетво-

рять требованиям к ее возврату для производственно-технических нужд пред-

приятий, и к сбросу в городскую систему канализации. Образующиеся при

очистке сточных вод осадки должны быть малотоксичными или представлять

собой соединения, которые можно использовать в качестве вторичного сырья

для переработки на других предприятиях или быть конечным товарным про-

дуктом.

Во второй главе представлена характеристика объектов и методов ис-

следования. В качестве объектов исследования использовали сточные воды

гальванического производства, модельные растворы, электрогенерируемый

гидроксид алюминия, природные цеолиты Забайкальского месторождения.

Выбор исходной концентрации модельных растворов обоснован реаль-

ным составом сточных вод гальванических цехов. Согласно требованиям

ГОСТ 9.314–90, для обеспечения рационального технико-экономического

обоснования глубокой очистки сточных вод максимальные концентрации за-

грязнений в сточных водах на выходе из гальванического производства и по-

ступающих на локальные очистные сооружения не должны превышать зна-

чений, приведенных в таблице 1.

Таблица 1 – Максимальные концентрации загрязнений в сточных водах

на выходе из гальванического цеха

Концентрация

основных вредных

веществ, мг/дм3, не более

Концентрация

основных вредных

веществ, мг/дм3, не более

10

500

1000

Наименование

загрязнений

Наименование

загрязнений

Sn2+

Cl-

SO42-

Сr6+

1000

Cu2+

30

Ni2+

50

16

Zn2+

50

CN-

30

Cd2+

15

NO3-

60

В работе использованы современные физико-химические методы анали-

за. Вольтамперометрические исследования проводили с помощью потен-

циостата Autolab PGSTAT302N, рентгенографический анализна автоматизи-

рованном дифрактометре D8-ADVANCE, инфракрасную (ИК) спектроскопию

– на приборе BRUKER Tensor 27, термический анализ с помощью термоана-

лизатора STA 449 Jupiter, метод низкотемпературной адсорбции-десорбции

азота – на приборе СОРБТОМЕТР-М, электронную микроскопия на элек-

тронном сканирующем микроскопе (многолучевая система) JIB-4500 и др.

Стандартными фотометрическими и титриметрическими методами ана-

лиза определяли качество сточной и очищенной воды.

В третьей главе представлены результаты исследований адсорбцион-

ных свойств электрогенерируемого гидроксида алюминия γ-модификации –

гиббсита по отношению к ионам тяжелых металлов.

Фазовый состав осадка, образующегося при электрохимической обра-

ботке воды с использованием алюминиевых анодов, исследовали с помощью

рентгенографического анализа (рисунок 1).

Рисунок 1 –

Дифрактограмма

электрохимического

осадка

17

Анализируя полученную дифрактограмму, установлено, что полученный

спектр идентичен спектру гидроксида алюминия γ-модификации –гиббситу.

В основе разрабатываемой электрохимической технологии очистки лежат

процессы анодного растворения металлов. В работе рассмотрено поведение

алюминия

при

анодной

поляризации.

На

потенциостате

Autolab

PGSTAT302N сняты поляризационные кривые растворения алюминия в мо-

дельных растворах (рисунок 2). Все значения потенциалов в работе пере-

считаны на шкалу нормального водородного электрода.

а)

в)

б)

Е, В

г)

Е, В

10-1, А/м2

10-1, А/м2

10-1, А/м2

Е, В

10-1, А/м2

Е, В

Рисунок 2 – Поляризационные кривые растворения алюминия

в модельных растворах, содержащих ионы:

а) Ni2+; б) Cu2+; в) Zn2+; г) Fe3+

18

Форма полученных поляризационных кривых соответствует области

активного растворения алюминия. При работе при малых анодных плотно-

стях тока (до 100 А/м2) пассивации алюминиевых электродов практически

не происходит.

Зависимость электрохимического перенапряжения от плотности тока

для анодного процесса принято выражать с помощью уравнения Тафеля:

(1)

где aa и ba – константы формулы Тафеля, или тафелевские постоянные.

Причем

где α – коэффициент переноса, i0 – ток обмена. Ток обмена и коэффициент пере-

носа являются наиболее важными характеристиками, описывающими электрохи-

мическое перенапряжение. На рисунке 3 представлены тафелевские зависимости.

а)

б)

lg i

η, В

η, В

lg i

(2)

lgi ,

RT

nF

aa  

lni0

2,3RT

nF

и ba

,

η, В

η, В

lg i

lg i

Рисунок 3 – Тафелевские зависимости растворения алюминия

в модельных растворах, содержащих ионы: а) Ni2+; б) Cu2+; в) Zn2+; г) Fe3+

По наклону полученных тафелевских зависимостей (прямых в коорди-

натах η–lg i) определен коэффициент переноса, а затем, учитывая связь aa с i0,

рассчитан ток обмена, полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Постоянные уравнения Тафеля

ИТМ

aa

ba

α

i0, А

Ni2+

0,6704

1,4726

0,013

28,0

Cu2+

0,2671

1,7017

0,012

14,3

Zn2+

0,0268

1,6839

0,012

10,3

Fe3+

0,1850

1,7558

0,011

12,6

Из представленных данных (таблица 2) видно, что максимальная вели-

чина тока обмена 28 А зафиксирована при электролизе модельных растворов,

содержащих ионы Ni2+. Это указывает на наибольшую скорость протекания

данной электрохимической реакции.

В зависимости от рН среды анализируемые ионы тяжелых металлов:

Ni2+, Cu2+, Zn2+, Fe3+– образуют ряд гидроксоаквакомплексов с зарядом ионов

от положительного, нейтрального и даже отрицательно заряженного в силь-

нощелочных растворах. Так, ион меди в слабощелочной среде образует

нейтральный комплекс [Cu(OH2)2(OH)2]0, константа устойчивости рК для ко-

торого равна 18,5, ион цинка образует комплекс [Zn(OH2)2(OH)2]0 рК = 14,66.

Ион никеля образует два нейтральных комплекса: [Ni(OH2)2(OH)2]0 и

[Ni(OH2)4(OH)2]0 (рК = 4,97; рК = 8,55). Ион железа Fe3+ также способен об-

в)

19

г)

∆G, кДж/моль

Ni2+

Cu2+

Zn2+

Fe3+

Т, К

20

разовывать два нейтральных гидроксоаквакомплекса: [Fe(OH2)(OH)3]0 и

[Fe(OH2)3(OH)3]0 (рК = 11,87; рК = 21,17).

Адсорбция гидроксоаквакомплексов на поверхности гиббсита протекает в

основном за счет дисперсионного взаимодействия. Дисперсионное взаимодей-

ствие осуществляется силой электростатического притяжения мгновенного и

индуцированного (наведённого) диполей электрически нейтральных атомов

или молекул, каковыми и являются образующиеся гидроксоаквакомплексы,

содержащие ионы исследуемых тяжелых металлов. Протекание адсорбцион-

ного процесса на гидроксиде алюминия γ-модификации подтверждено рас-

считанными значениями свободной энергии Гиббса (таблица 3).

Таблица 3 – Значения свободной энергии Гиббса

298

– 23,7

– 22,1

– 23,2

– 25,3

318

– 25,1

– 22,4

– 24,6

– 26,1

338

– 26,4

– 22,8

– 25,8

– 27,6

Размеры частиц образующегося осадка при электрохимической обработ-

ке модельных растворов определены турбидиметрическим и седиментацион-

ным методами анализа. Для модельных растворов, содержащих ионы Ni2+,

Cu2+, Zn2+ размеры частиц осадка составили 123 – 144 нм. Согласно результа-

там седиментационного анализа модельных растворов, содержащих ионы

Fe3+, размеры изменялись от 16 до 54 мкм. На рисунке 4 представлено элек-

тронное изображение частиц осадка, полученного при электрохимической об-

работке сточных вод гальванического производства.

21

Рисунок 4 – Электронное

изображение осадка

Согласно результатам электронной микроскопии, наиболее крупные ча-

стицы осадка имели размер около 15-20 мкм.

Полученные результаты турбидиметрического, седиментационного ме-

тодов и электронной микроскопии послужили основой для фракционного

разделения частиц. Доказано, что для успешного извлечения массы скоагу-

лированных загрязнений с поверхности воды с помощью выделяющихся на

катоде пузырьков водорода, необходимо использовать воду с низким содер-

жанием железа или предварительно снизить его содержание в исходной воде

до 1,0 г/м3.

В четвертой главе представлены результаты опытно-промышленных

испытаний электрохимической технологии очистки сточных вод и математи-

ческие модели, позволяющие рассчитывать остаточную концентрацию ионов

тяжелых металлов.

На модельных растворах и реальных сточных водах гальванического

производства выполнены опытно-промышленные испытания электрохимиче-

ского модуля с алюминиевыми электродами номинальной производительно-

стью 0,1 м3/ч. При проведении испытаний рабочее напряжение постоянного

электрического тока составило 20–22 В, сила тока – 0,48–1,28 А, плотность

22

тока – 6–16 А/м2, выход по току – 40–42 %, удельные затраты электроэнергии

– 0,23–1,20 кВт·ч/м3. Скорость движения воды в межэлектродном простран-

стве изменяли от 10 до 50 м/ч. Электроды электрохимического модуля были

выполнены из алюминия марки Д1, АД31, площадью 0,08–0,16 м.

При проведении и производственных испытаний электрохимического

модуля изучено влияние рН, плотности и силы тока, расхода воды,

межэлектродного расстояния на остаточную концентрацию ионов тяжелых

металлов в модельных растворах и сточных водах.

На

рисунке

5

представлены

результаты

опытно-промышленных

испытаний по удалению ионов тяжелых металлов из сточных вод при

различной плотности тока.

Из приведенных данных (рисунок 5) видно, что при плотности тока

6 А/м2 получены наиболее высокие показатели эффективности очистки для

ионов Cu2+ и Fe3+, а при плотности тока 9 А/м2 – для ионов Ni2+ и Zn2+.

23

Рисунок 5 – Влияние анодной плотности тока на удаление ионов

тяжелых металлов: 1 – 6 А/м2; 2 – 9 А/м2; 3 – 12 А/м2; 4 – 16 А/м2

По результатам опытно-промышленных испытаний электрохимической

технологии очистки установлено, что в среднем для удаления 1 г ионов Ni2+,

Сu2+, Zn2+, Fe3+ расход гидроксида алюминия составил 5,8 г, т. е. для удаления

4 г ионов тяжелых металлов при совместном их присутствии в воде алюминия

расходуется всего 2 г. Снижение расхода алюминия воде может происходить в

24

результате образования смешанных кристаллов и синергетического эффекта,

полученного при смешении отдельных электролитов.

При получении математической модели электрохимического процесса с

алюминиевыми анодами проведено предварительное планирование экспери-

мента. Концентрацию ионов тяжелых металлов, полученную в результате

электрохимической очистки реальных сточных вод, представляли в виде за-

висимости, связывающей величину остаточной концентрации с независимы-

ми переменными – рН, плотностью тока, расходом воды и временем:

C = f (pH, i, q, τ).

(3)

Для вывода уравнения (3) использовали метод алгебраической геометрии.

Этот метод позволяет детально проработать каждую зависимость, определить

ее приоритет, а также рассчитать оптимальные величины каждого независимо-

го фактора и зависимой величины. Полученные уравнения могут быть исполь-

зованы для проектирования электрохимических технологических процессов

при заданных внешних условиях.

Моделирование электрохимического процесса в конечном итоге приво-

дит к получению уравнений, которые адекватно описывают остаточную кон-

центрацию ионов тяжелых металлов при изменении параметров оптимиза-

ции. Например, для ионов Ni2+ справедливо уравнение (4), для ионов Zn2+

уравнение (5):

C = f(pH, i, q, τ) =

=(0,03802·(pH)2–0,00886·i2–0,00019·q2–0,43015·(pH)+0,19709·i+0,01234·q+8,17835)+

+(0,00278·(pH)2+0,00119·i2–1,43273·10-5·q2–0,02441·(pH)–0,02441·i+0,00077·q–0,14952)·τ+

+(0,00017·(pH)2–2,15397·10-5·i2+5,01667·10-7·q2+0,001715·(pH)+0,000413·i–3,28067·10-5·q –0,00083)·τ2

(4)

C = f (pH, i, q, τ) =

=(–0,0699·(pH)2–0,07982·i2+0,00311·q 2+0,16743·pH+2,04061·i0,12466·q+37,09984)+

+(–0,01929·(pH)2–0,00595·i2–0,00086·q2 +0,20474·pH+0,13355·i+0,11756·q +2,88701)·τ+

+(4,63·10-4·(pH)2+2,36·10-4·i2 +2,3·10-5·q 2–5,02·10-3·pH–5,51·10-3·i–3,1·10-3·q +0,152645)·τ2

(5)

25

На практике приходится решать задачу поиска оптимальных значений

рН среды, плотности тока, расхода воды и времени. Для ускорения этого

процесса удобно использовать среду визуального программирования VBA.

VBA – это сочетание современного языка программирования и вычислитель-

ных возможностей Excel. VBA содержит графическую среду, позволяющую

создавать удобный интерфейс пользователя, наглядно конструируя экранные

формы и управляющие элементы. На рисунке 6 представлены поверхности

оптимизируемой функции ионов Ni2+ и Zn2+.

а)

б)

i, А/м2

τ·10, мин

Рисунок 6 – Поверхность оптимизируемой функции:

а) ионов Ni2+; б) ионов Zn2+

Полученные многочисленные экспериментальные зависимости остаточ-

ной концентрации ионов тяжелых металлов от различных факторов и их ма-

тематические модели – позволили с большей точностью рассчитать конструк-

цию электролизера с минимальной энергоемкостью, пригодную для удаления

ионов тяжелых металлов из сточных вод до требуемых норм качества. При

этом основной конструктивной особенностью предлагаемого электролизера с

алюминиевыми электродами является сбор большей части образующейся мас-

сы скоагулированных загрязнений с поверхности воды. Использование на

практике фракционного разделения скоагулированных загрязнений позволило

существенно оптимизировать параметры и режимы электрохимического про-

цесса (таблица 4).

i, А/м2

τ, мин

Предлагаемый

СНиП 2.04.03–85

электрохимический

«Канализация

процесс с фракци-

наружные сети и

онным разделением

сооружения»

скоагулированных

загрязнений

Параметры и режимы

Анодная плотность тока, А/м2

80–120

9–12

Толщина электродных алюмини-

евых пластин, мм

Величина межэлектродного про-

странства, мм

4–8

3–5

12–15

10

рН сточных вод

4,5–5,5

7,0–7,6

Удельный расход алюминия, г/м3

60 и более

32,5

Разработанная электрохимическая технология очистки промышленных

сточных вод, протекающая с образованием электрогенерирумого гиббсита,

адсорбирующего на своей поверхности ионы тяжелых металлов опробирова-

на для извлечения ионов тяжелых металлов из концентрированных растворов

и отработанных электролитов, в частности электролитов никелирования.

Содержание ионов Ni2+ в отработанном электролите никелирования из-

менялось от 1,8 до 2,1 г/дм3. В результате проведения электролиза и отстаи-

вания воды удалось снизить концентрацию ионов Ni2+ до 0,3 г/дм3. Скорость

движения воды в межэлектродном пространстве составила 20 м/ч.

Осуществлять фракционное разделение скоагулированных загрязнений в

случае концентрированных растворов на практике не удается. Объема водоро-

да, образующегося на катоде при электролизе, недостаточно для флотирования

скоагулированных загрязнений, поэтому необходимо производить дополни-

тельное газонасыщение очищаемых растворов. В связи с этим разработана

конструкция электрофлотокоагулятора (рисунок 7).

Предлагаемая конструкция снабжена сатуратором для приготовления

водовоздушной смеси. Полученную водовоздушную смесь использовали для

газонасыщения очищаемых растворов с целью эффективного проведения

напорной флотации в электрофлотокоагуляторе.

26

Таблица 4 – Оптимизация электрохимического процесса

27

Рисунок 7 –

Электрофлотокоагулятор:

1 – корпус; 2 – камера коагуля-

ции; 3 – камера флотации;

4 – камерная перегородка;

5 – электродная система;

6 – источник постоянного тока;

7 – сатуратор; 8 – трубы для по-

дачи водовоздушной смеси;

9 – компрессор; 10 – пеногон;

11 – высоконапорный насос

В пятой главе представлены результаты исследования адсорбционных

свойств природных цеолитов Забайкальского (Холинского) месторождения.

Общие ресурсы которого оценивают в 300 млн. тонн.

Согласно рентгенографического анализа образец цеолитсодержащей по-

роды Забайкальского месторождения (рисунок 8) состоит на 70-75 масс. % из

гейландита Ca[Al2Si7O18]·6H2O, а также содержит 25-30 масс. % примесной

породы – калиевого шпата КАlSi3O8.

Рисунок 8 –

Дифрактограмма

цеолитсодержащего

образца

28

Рисунок 9 –

ИК-спектр

цеолитсодержащего

образца

Наличие характерных для гейландита структурных групп подтверждено

методом ИК-спектроскопии (рисунок 9).

Валентные колебания связи Al ─ O связаны с полосами поглощения 794

и 729 cм-1. Интенсивная полоса поглощения 1047 cм-1 соответствует асиммет-

ричным валентным колебаниям связи Si ─ O ─ Si. Полоса поглощения 3441

cм-1 подтверждает наличие связи О ─ Н.

Термическую устойчивость цеолитсодержащего образца исследовали с

помощью термогравиметрического анализа кривой (рисунок 10).

Рисунок 10 –

Термограмма

цеолитсодержащего

образца

На дифференциальной термической кривой регистрируется эндотерми-

ческий эффект с максимумом 100 °С, сопровождающийся потерей веса на

7,23 %. Данный эффект обусловлен отщеплением воды из образца-

29

кристаллогидрата. Также на термической кривой можно выделить локальные

эндотермические эффекты, связанные, как с отщеплением воды из кристалло-

гидрата, так и перестройкой структуры образца (455 °С, 561 °С, 597 °С, 629 °С).

Оценку адсорбционной способности исследуемых цеолитов по отноше-

нию к ионам тяжелых проводили на основании изотерм адсорбции. Время

установления адсорбционного равновесия, отвечающее постоянству концен-

трации ионов тяжелых металлов в растворе, составило около 120 мин. На ри-

сунке 11 а представлены изотермы адсорбции для двухвалентных ионов тя-

желых металлов, полученные при температуре 298 К и рН 5,5-6,0. Экспери-

ментально установлено, что понижение значения рН до 1,5-1,7 приводит к

повышению статической обменной емкости (рисунок 11 б).

Cравн., ммоль/дм3

Сравн., ммоль/дм3

Рисунок 11 – Изотермы адсорбции двухвалентных ионов:

а) при рН = 5,5-6,0; T = 298 К; б) при рН = 1,5-1,7; T = 298 К

Увеличение статической обменной емкости с понижением рН можно

объяснить увеличением числа негидролизованных ионов тяжелых металлов в

модельных растворах. Для трехвалентных ионов хрома и железа при рН 1,5–

1,7 получены более низкие значения статической обменной емкости, чем для

двухвалентных ионов (рисунок 12).

а)

СOE, ммоль/г

б)

СOE, ммоль/г

30

СOE, ммоль/г

Рисунок 12 – Изотермы

адсорбции трехвалентных

ионов (рН = 1,5–1,7; T = 298 К)

Сравн., ммоль/дм3

При адсорбции ионы тяжелых металлов обмениваются на ионы кальция,

которые располагаются в каналах исследуемых цеолитов. Это подтверждают

результаты электронно-микроскопического исследования. Так, при адсорб-

ции ионов Cu2+ полученные данные свидетельствуют о понижении содержа-

ния кальция от 0,46 до 0,23 атом. %.

Ионообменное равновесие между кристаллической фазой цеолита и рас-

твором может быть охарактеризовано константой равновесия обратимой

ионообменной реакции, которая для ионов Me2+ и Са2+ имеет вид

ZB Me2+р + ZA Са2+ц = ZA Са2+р + ZB Me2+ц,

(6)

где ZA и ZB заряды обменных ионов А и В, соответственно Me2+ и Са2+; р и ц

индексы, относящиеся к раствору и цеолиту соответственно.

Для расчета константы термодинамического равновесия KT реакции (7)

использовали уравнение:

KTKC

где fA(ц) и fВ(ц) – коэффициенты активности А и В в цеолите, Кс – коэффициент

селективности.

Изменение свободной энергии Гиббса в реакции ионного обмена опре-

деляли по уравнению:

ZB

A(ц)

f

,

(7)

Z

А

(ц)

(8)

ln KT .

Рассчитанные значения , KT и ΔG0 представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Термодинамические функции ионного обмена (Т=298 К)

(у=0,5)

ΔG,

∆Н,

∆S,

кДж/моль

кДж/моль Дж/(моль·К)

ИТМ

Ni2+

Cu2+

Zn2+

КT

17,1

17,1

–1,8

–0,7

3,7

34,9

34,9

–2,2

–0,8

4,8

83,2

83,2

–2,7

–1,9

2,9

Рассчитанные значения ∆Н и ΔG свидетельствуют о протекании

экзотермического

адсорбционного

процесса

с

образованием

термодинамически устойчивых поверхностных соединений Ni2+, Cu2+ и Zn2+.

Для сравнения адсорбционных свойств исследуемого цеолита с извест-

ными данными был выбран клиноптилолит. При адсорбции двухвалентных

ионов тяжелых металлов клиноптилолитом, эрионитом и морденитом макси-

мальная ионообменная емкость не достигается. В таблице 6 приведены физи-

ко-химические характеристики цеолитов и объемная емкость по отдельным

ионам тяжелых металлов.

Таблица 6 – Физико-химические характеристики природных цеолитов

31

R T

Z Z

Клинопти-

лолит

90–94

10–6

Физико-химические характеристики

1

Содержание цеолита

в туфе, масс. %

2

Содержание примесных пород, масс. %

3

Отношение Si/Аl

4

Удельная поверхность, м2/г

5

Диаметр фракции, мм

6

Полная обменная емкость, мг-экв/г

7

Обменная емкость по ионам Cu2+, мг-экв/г

8

Обменная емкость по ионам Zn2+, мг-экв/г

Гейландит

70–75

30–25

3,5

6,5

32

33

1–2

0,25–0,5

1,49

1,95

0,56

1,09

0,50

1,09

Значение обменной емкости по ионам Cu2+ и Zn2+ для гейландита и кли-

ноптилолита корректируются с содержанием в них основного вещества и

дисперсностью образцов.

G  

A

B

- для пленочной кинетики

- для гелевой кинетики

(9)

,

(10)

Dr

где Dr и Ds –эффективные коэффициенты диффузии в зерне цеолита или

пленке раствора соответственно, см2/с; r – радиус зерна цеолита, см; δ – тол-

щина пленки, см; χ – соотношение концентраций ионов тяжелых металлов в

фазе цеолита и в растворе при равновесии.

Таблица 7 – Кинетические параметры извлечения

Dr·106,

Ds·1011,

υ·106,

см2/с

см2/с

моль/м2·с

3,0

4,2

2,6

4,2

3,6

2,8

7,0

5,7

2,5

1,5

0,15

0,32

1,2

0,11

0,16

ИТМ

τ1/2, с

Ni2+

2100

Cu2+

1500

Zn2+

900

Сr3+

4200

Fe3+

5400

32

Важнейшими критериями применимости исследуемых цеолитов в прак-

тике извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод являются их ионо-

обменная емкость и кинетические свойства. Большое количество экспери-

ментальных данных по ионному обмену свидетельствуют о том, что скорость

процесса определяется именно диффузионными стадиями – внешней или

внутренней диффузией, т.е. скорость ионного обмена весьма существенно за-

висит от размера зерен цеолита. Коэффициенты диффузии определяли по сле-

дующим формулам (таблица 7):

Из приведенных данных видно, что наиболее низкое значение коэффи-

циентов диффузии характерны для диффузии в пленке раствора, соответ-

ственно лимитирующей стадией ионного обмена является внешнедиффузи-

онная кинетика. При пленочной кинетике скорость процесса определяли

уравнением первого закона Фика (таблица 7).

В шестой главе представлены результаты опытно-промышленных ис-

пытаний адсорбционной технологии очистки сточных вод с использованием

0,23 r

DS

;

1/ 2

2

r

2

4 1/ 2

33

цеолитов Забайкальского месторождения и результаты регенерации отрабо-

танных цеолитов разбавленной серной кислотой, которые легли в основу

технологического процесса десорбции ионов тяжелых металлов.

Опытно-промышленные испытания выполняли на модельном фильтре

номинальной производительностью 0,3 м3/ч. В качестве загрузки использова-

ли природный цеолит – гейландит фракции 0,5-1 мм. Высота слоя адсорбен-

та составляла 0,34 м, площадь – 0,025 м2. Скорость пропускания адсорбата

через слой адсорбента изменяли от 4 до 12 м/ч.

По значениям динамической обменной емкости исследуемые ионы тяжелых

металлов располагаются в следующий ряд: Ni2+Cu2+Zn2+Cr3+Fe 3+.

Наибольшее значение предельной динамической обменной емкости в

нейтральной среде при адсорбции природными цеолитами проявляют ионы

Ni2+ – 0,207 мг-экв/г.

При исследовании процесса десорбции изучено влияние скорости про-

пускания регенерирующего раствора на полноту излечения исследуемых

ионов тяжелых металлов. По результатам выполненных исследований пред-

ложена схема регенерации отработанных цеолитов.

Вначале через отработанные природные цеолиты пропускали в качестве

элюента 0,04 М раствор серной кислоты со скоростью 1,5 м/ч. В результате че-

го получен элюат, содержащий сульфат никеля. Далее через цеолит пропус-

кали 0,15 М раствор серной кислоты со скоростью 1,2 м/ч. При этом образо-

ван элюат, содержащий сульфат меди. После чего через регенерирумый цео-

лит пропускали 0,3 М раствор серной кислоты со скоростью 1,0 м/ч. В каче-

стве элюата получен сульфат цинка. Ионы Cr3+ и Fe3+ десорбируют одновре-

менно 1М раствором серной кислоты при скорости пропускания 0,85 м/ч. В

состав полученного элюата входят сульфаты хрома и железа.

Использование разработанной схемы на практике позволяет многократ-

но использовать регенерированные цеолиты в процессах очистки сточных

34

вод от ионов тяжелых металлов, а полученные при регенерации элюаты

(сульфаты никеля, меди и цинка) использовать повторно в производстве в ка-

честве составных компонентов электролитов, используемых для нанесения галь-

ванопокрытий.

Результаты исследований адсорбционных свойств природных цеолитов

Забайкальского месторождения и их регенерации использованы при модер-

низации конструкции адсорбера с загрузкой из природных цеолитов на стан-

ции нейтрализации ОАО «Иркутский релейный завод» (рисунок 13).

Рисунок 13 – Адсорбер:

1 – корпус; 2 – стационарная перегородка;

3, 4, 5 – съемные перегородками;

6 – большой модуль (БМ); 7 – малый мо-

дуль (ММ); 8 – слой фильтрующего ма-

териала (цеолит фракции 3-5 мм); 9 –

слой ионообменного материала (цеолит

фракции 0,5-1 мм); 10 – вентиль подачи

сточных вод; 11 – патрубок подачи сточ-

ных вод; 12 – манометр; 13 – патрубок

сброса очищенной воды в цех гальвано-

покрытий; 14 – вентиль сброса очищен-

ной сточной воды в цех гальванопокры-

тий; 15 – патрубок сброса очищенной во-

ды в канализационную систему; 16 –

вентиль сброса очищенной воды в кана-

лизационную систему; 17 – съемная

крышка; 18 – патрубок подачи регенери-

рующего раствора; 19 – вентиль подачи

регенерирующего раствора; 20 – патру-

бок сброса элюата; 21 – вентиль сброса

элюата; 22– болты

Повышение производительности (10 м3/ч) модернизированной кон-

струкции адсорбера происходит за счет использования в качестве адсорбента

природного цеолита (гейландита), позволяющего увеличить скорость филь-

трации при очистке сточных вод (до 12 м/ч), что в свою очередь приводит к

сокращению времени очистки и уменьшению расхода адсорбента. Уменьше-

ние расхода адсорбента, его доступность и низкая цена приводят к снижению

35

себестоимости очистки сточных вод, а также к снижению цены на нанесение

гальванопокрытий.

В седьмой главе приведены данные о внедрении результатов исследо-

ваний и выполнена оценка экономической и экологической эффективности

разработанных научных и технологических решений.

Результаты проведенного комплекса исследований по разработке элек-

трохимической технологии очистки сточных вод легли в основу проекта ре-

конструкции очистных сооружений цеха гальванопокрытий «Иркутский Ре-

лейный завод». На рисунке 14 приведена принципиальная схема сооружений

электрохимической очистки сточных вод.

Рисунок 14 – Принципиальная схема сооружений электрохимической

очистки сточных вод цеха гальванопокрытий:

1 – сточные воды; 2 – насос-дозатор NaOH; 3 – система механического перемешивания;

4 – емкость-смеситель; 5 – электролизер; 6 – пакет алюминиевых электродов;

7 – источник постоянного тока; 8 – пеногон; 9 – вертикальный отстойник;

10 – очищенные сточные воды на станцию нейтрализации;

11 – очищенные сточные воды для сбора в емкости-накопителе; 12 – емкость-накопитель;

13 – подпиточная вода; 14 – повторно используемые сточные

воды; 15 – емкость для сбора осадка; 16 – осадок на обезвоживание

Предлагаемая схема очистки может быть использована для удаления

ионов тяжелых металлов из сточных вод с исходной концентрацией до 50

мг/дм3. При этом способе очистки возможно получение технической воды 2-

Масса

извлеченных

ИТМ,

г/час

Данные по загрязнениям

Данные по загрязнениям

до очистки

после очистки

г/час

г/м3

г/час

г/м3

ИТМ

рН

4,0

7,8

Ni2+

2,01

14,2

Сu2+

2,96

21,8

Zn2+

1,74

12,8

Al3+

0,03

0,24

Feобщ

2,23

16,4

Sn2+

0,06

0,427

Cd2+

0,02

0,18

Итого:

133,6

0,03

0,21

1,98

0,01

0,04

2,95

0,08

0,58

1,66

0,02

0,18

0,01

0,04

0,32

2,18

0,01

0,10

0,04

0,01

0,08

0,01

10,0

8,83

36

ой категории в соответствии с ГОСТ 9.314-90 «Вода для гальванического про-

изводства и схемы промывок» и ее возврат в производство на операции про-

мывки деталей. Оставшаяся очищенная сточная вода направляется на станцию

нейтрализацию для доочистки и сброса в систему городской канализации.

В таблице 8 представлены концентрации основных загрязняющих ве-

ществ промывных сточных вод I и II линий водоотведения до и после элек-

трохимической очистки.

Таблица 8 – Состав промывных сточных вод до и после очистки

Из представленных данных (таблица 8) видно, что масса извлеченных

ионов тяжелых металлов за 1 час составляет 8,83 г при очистке 0,13573 м3

воды. Рекомендуемый возврат очищенных сточных вод в производство –

0,10180 м3/час, что соответствует 75 % образующегося объема кислых сточ-

ных вод I и II линии водоотведения цеха гальванопокрытий.

На рисунке 15 представлена принципиальная схема сооружений очист-

ки сточных вод станции нейтрализации ОАО «Иркутский релейный завод»,

включающая разработанную технологию доочистки

из природных цеолитов.

– адсорбер с загрузкой

Использование на практике разработанной конструкции адсорбера (17) с

загрузкой из природных цеолитов позволило существенно увеличить ско-

рость фильтрации при очистке сточных вод до 12 м/ч, сократить время

37

очистки и уменьшить расход адсорбента, что в свою очередь привело к сни-

жению себестоимости очистки.

Рисунок 15 – Принципиальная схема сооружений очистки сточных

вод станции нейтрализации:

1 – сточные воды, содержащие ионы шестивалентного хрома;

2 – усреднитель; 3 – раствор серной кислоты (10 %); 4 – узел коррекции рН;

5 – емкость для восстановления шестивалентного хрома; 6 – система механического пере-

мешивания; 7 – емкость для приготовления раствора пиросульфита натрия;

8 – производственная вода; 9 – пиросульфит натрия; 10 – кислые и щелочные сточные воды;

11 – аппарат для гашения извести; 12 – известь; 13 – растворный бак;

14 – нейтрализатор; 15 – вертикальный отстойник; 16 – очищенная сточная вода с цеха

гальванопокрытий; 17 – адсорбер с загрузкой из природных цеолитов;

18 – узел приготовление регенерирующих растворов; 19 – повторно используемые

очищенные сточные воды; 20 – сброс очищенных сточных вод в городскую канализацию;

21 – сброс элюатов; 22 – осадок на обезвоживание

Благодаря внедрению на станции нейтрализации ОАО «Иркутский ре-

лейный завод» узла доочистки сточных вод, стало возможным получение во-

ды, удовлетворяющей требованием качества как для повторного ее использо-

вания в производстве для промывочных операций, так и для сброса в систему

канализации г. Иркутска (таблица 9).

Норматив ДК

Норматив ДК

загрязняющих

загрязняющих

веществ

веществ

технической

в сточных водах,

воды 2-ой

принимаемых в

категории

канализацию

(ГОСТ 9.314-90),

г. Иркутска,

г/м3

г/м3

Сср

Сср

Сср

загряз-

загряз-

загряз-

нений

нений

нений

в очищен-

после

после

ной воде

очистки

очистки

без

в БМ

в ММ

доочистки, адсорбера, адсорбера,

г/м3

г/м3

г/м3

Сmax

загряз-

нений в

сточной

воде,

г/м3

2–4

350

100

30

30

50

50

30

3,5

Загряз-

няющие

вещества

рН

ХПК

Сr

Сr

Сu2+

Ni 2+

Zn 2+

Feобщ.

Al 3+

8,0–8,5

7,5–8,5

7,0–7,5

6,5–8,5

6,5–8,5

100

50

40

50

82

0,03

0,03

0,01

0,03

1,4

0,4

0,1

2,22

0,08

0,00

3,52

0,29

0,05

2,71

0,84

0,02

0,5

0,01

0,28

0,02

1,0

0,5

0,5

0,3

1,0

1,5

0,1

38

Таблица 9 – Технологические показатели доочистки сточных вод

3,0

0,1

2,0

0,5

0,1

0,01

Взв. в-ва

50

28

28

28

40

40

В качестве экономического инструмента разработанных технологиче-

ских схем очистки использована оценка стоимости жизненного цикла (Life

cycle costs – LCC). Проведено технико-экономическое сравнение по трем

технологическим схемам очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

(таблица 10): 1) нейтрализационная схема, действующая на предприятии

(НС); 2) схема с доочисткой в адсорбере с загрузкой из природных цеолитов

(НСД); 3) схема с доочисткой в адсорбере, включающая электрохимическую

очистку сточных вод в цехе гальванопокрытий (ЭСД). Расчетный срок экс-

плуатации очистных сооружений установлен – 40 лет.

Таблица 10 – Стоимость жизненного цикла (LCC) очистных сооружений, тыс. руб.

Наименование

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

(НС)

(НСД)

(ЭСД)

Капитальные затраты

Электроэнергия

Реагенты и материалы

Текущий ремонт

Текущие затраты

Замена оборудования

Затраты на ООС

Затраты на утилизацию

1 200,356

1 321,356

1 360,345

3 274,752

3 334,000

3 773,952

1 229,440

3 037,440

3 449,360

141,800

144,000

149,800

12 616,240

12 697,680

12 776,240

23,000

146,253

250,123

79 082,160

2 033,160

156,760

240,071

244,379

252,069

Итого

97 807,819

22 958,268

22 168,649

Экономический эффект

74 849,551

75 639,170

6+

3+

39

Из представленных данных следует, что из трех рассмотренных

вариантов технологических схем очистки целесообразно практическое

применение схемы с доочисткой на станции нейтрализации, включающей

электрохимическую очистку сточных вод в цехе гальванопокрытий (ЕСД).

Экономический эффект с учетом затрат жизненного цикла очистных

сооружений данного варианта составляет 75 639,170 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана электрохимическая технология очистки промышленных

сточных вод, протекающая с образованием электрогенерирумого гиббсита,

адсорбирующего на своей поверхности ионы тяжелых металлов. Полученные

опытно-промышленным путем результаты по рациональным режимам пред-

лагаемого электрохимического процесса позволяют сделать вывод о пре-

имуществе перед существующим способом электрокоагуляции с алюминие-

выми электродами, который изложен в СНиП 2.04.03–85 «Канализация,

наружные сети и сооружения». Разработанный способ очистки сточных вод

от ионов тяжелых металлов позволяет очищать воду с исходной концентра-

цией ионов тяжелых металлов до 50 мг/дм3. При этом остаточная концен-

трация ионов тяжелых металлов в очищенных сточных водах составляет не

более 0,3 мг/дм3. Анодная плотность тока разработанного способа равна 9–16

А/м2 (по СНиП 2.04.03–85 анодная плотность тока – 80–120 А/м2). Толщина

электродных пластин – 3 мм (по СНиП 2.04.03–85 – 4–8 мм). Величина меж-

электродного пространства 10 мм (по СНиП 2.04.03–85 – 12–15 мм). РН сре-

ды – 7–7,6 (по СНиП 2.04.03–85 рН – 4,5–5,5). Удельный расход алюминия

на очистку сточных вод равен 32,5 г/м3 (по СНиП 2.04.03–85 более 60 г/м3).

Расход электроэнергии 0,23–0,46 кВт·ч/м3.

2. Доказано, что гидроксид алюминия, полученный электрохимическим

путем, в нейтральной среде имеет γ-модификацию (гиббсита). Установлены

условия сокращения расхода алюминия при совместном присутствии исследу-

40

емых ионов тяжелых металлов в сточных водах. Так, для удаления 1 г ионов

Ni2+, 1 г ионов Сu2+, 1 г ионов Zn2+ и 1 г ионов Fe3+ расход гидроксида алюми-

ния составил 5,8 г, т. е. для удаления 4 г ионов тяжелых металлов при сов-

местном их присутствии в воде расходуется алюминия всего 2 г. Снижение

расхода алюминия при совместном присутствии ионов тяжелых металлов в

воде может происходить в результате образования смешанных кристаллов и

синергетического эффекта, полученного при смешении отдельных электроли-

тов.

3. Разработана технологическая схема, включающая

двухкамерный

электролизер с фракционным разделением образующихся скоагулированных

загрязнений. Отличительной особенностью предложенной схемы, является

то, что вначале кислые сточные воды смешивают с гидроксидом натрия до

достижения значения рН = 7,0–7,6. Электрохимическую обработку сточной

воды проводят при плотности тока 9–16 А/м2. Скорость движения воды

между электродами достигает 15–20 м/ч. В результате электролиза

образуются частицы скоагулированных загрязнений, размером не более 140

нм. Такие частицы не осаждаются на дно электролизера, а поднимаются

вместе с пузырьками водорода, выделяющимися на катоде, на поверхность

воды и удаляются с помощью пеногона. Предлагаемая схема может быть

использована для удаления ионов Ni2+, Cu2+, Zn2+ и Fe3+ с исходным

содержанием отдельных ионов до 50 мг/дм3 и получения воды второй

категории в соответствии с ГОСТ 9.314–90 «Вода для гальванического

производства и схемы промывок».

4. Разработана конструкция электрофлотокоагулятора, позволяющая из-

влекать ионы тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод с исход-

ной концентрацией металлов до 2 г/дм3, снабженная сатуратором для приго-

товления водовоздушной смеси. Полученную водовоздушную смесь исполь-

зуют для газонасыщения очищаемых растворов с целью эффективного про-

41

ведения напорной флотации в предлагаемой конструкции. Выполнение си-

стемы перемешивания очищаемой воды (перфорированные трубы с возмож-

ностью сообщения с источником сжатого воздуха и воды) и ее соединение с

источником сжатого воздуха (компрессором) и сатуратором позволяет кроме

перемешивания очищаемой воды, интенсифицировать процесс коагуляции,

что также способствует повышению эффективности очистки.

5. Доказано, что природные цеолиты Забайкальского месторождения со-

держат 70-75 % гейландита и 25-30 % примесной породы калиевого шпата.

На основании результатов ИК-спектроскопии и рентгенографического ана-

лиза доказан ионообменный механизм адсорбции. Значение полной обмен-

ной емкости гейландита составляет 1,49 мг-экв/г. Выявлено, что адсорбцион-

ная способность природных цеолитов существенно зависит от размера зерен.

Получены уравнения, позволяющие рассчитывать статическую обменную

емкость по отношению к ионам тяжелых металлов при использовании зерен

различных фракций. Установлено, что равновесие в системе цеолит-

модельный раствор, содержащий ионы тяжелых металлов, устанавливается 2

часа. Предельное значение статической обменной емкости в кислой среде ис-

следуемых ионов Ni2+ составляет 0,86, ионов Cu2+ – 0,56, ионов Zn2+ – 0,50,

ионов Сr3+ – 0,34 и ионов Fe3+ – 0,21 мг-экв/г.

6. Рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии в зерне цеолита и в

пленке раствора. Установлено, что лимитирующей стадией ионного обмена

является внешнедиффузионная кинетика. Определена скорость ионообменно-

го процесса, изменяющаяся от 0,16·10-6 до 2,8·10-6 моль/м2·с. Значение ка-

жущейся энергии активации в случае обмена ионов кальция с ионами тяже-

лых металлов в отдельных случаях превышает 40 кДж/моль. Установлено,

что при совместном излечении ионов тяжелых металлов из сточных вод

наблюдалось снижение концентрации ионов Ni2+ на 98, Cu2+ на 84, Zn2+ на 97,

42

Fe3+ на 50 и Cr3+ на 43 %, а также уменьшение кислотности среды от 3,9 до

4,4, и повышение электропроводности от 2,51·10-4 до 2,90·10-4 См·см-1.

7. Модернизирована конструкция адсорбера с загрузкой из природных

цеолитов (производительностью 10 м3/час), позволяющая увеличивать ско-

рость фильтрации до 12 м/ч при очистке сточных вод, что в свою очередь

приводит к сокращению времени очистки и уменьшению расхода адсорбента.

Уменьшение расхода адсорбента, его доступность и низкая цена приводят к

снижению себестоимости очистки сточных вод, а также к снижению цены на

нанесение гальванопокрытий.

8. Доказано, что из трех рассмотренных вариантов технологических

схем очистки целесообразно практическое применение схемы с доочисткой

на станции нейтрализации, включающей электрохимическую очистку

сточных вод в цехе гальванопокрытий. Экономический эффект от внедрения

разработанной электрохимической технологии в цехе гальванопокрытий и

адсорбционной технологии глубокой доочистки на станции нейтрализации

ОАО «Иркутский релейный завод» с учетом затрат жизненного цикла

очистных сооружений (40 лет) составил 75 639,170 тыс. руб.

СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ

ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Филатова, Е. Г. Получение каталитически активного железосодержащего

наноматериала на углеродной основе / Е. Г. Филатова, Ю. С. Сырых, В. Г. Соболева, Г.

Н. Дударева // Вестник Иркутского государственного технического университета. –

2009. – № 2(38). – С. 185-188.

2. Филатова, Е. Г. Извлечение ионов железа (II) из водных растворов углеродны-

ми адсорбентами / Е. Г. Филатова, В. И. Дударев, Ю. С. Сырых, А. Т. Нгуен Нгок //

Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. – № 8 – С. 42-44.

3. Филатова, Е. Г. Адсорбция ионов железа (II) углеродными адсорбентами / О.

И. Помазкина, Е. Г. Филатова, В. И. Дударев, О. В. Дударева // Вестник Иркутского

государственного технического университета. – 2011. – Т. 49. – № 2. – С. 156-158.

4. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционная очистка сточных вод гальванического

производства от ионов никеля / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, В. И. Дударев, О. И.

Помазкина // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2. – С. 153.

43

5. Филатова, Е. Г. Обезжелезивание сточных вод углеродными адсорбентами / Е. Г.

Филатова, В. И. Дударев, А. А. Соболева, О. И. Помазкина // Водное хозяйство России:

проблемы, технологии, управление. – 2012. – № 3. – С. 90-98.

6. Филатова, Е. Г. Электрохимическая коагуляция ионов тяжелых металлов в свя-

зи с проблемой загрязнения и очистки сточных вод / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева,

В. И. Дударев, Е. А. Анциферов // Водоочистка. – 2012. – № 8. – С. 22-28.

7. Филатова, Е. Г. Извлечение ионов меди из промывных стоков гальванического

производства / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, В. И. Дударев, О. И. Помазкина //

Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2012. – Т. 68. – №

9. – С. 205-210.

8. Филатова, Е. Г. Комплексная технология извлечения ионов никеля и меди из

промышленных сточных вод / Е. Г. Филатова, О. И. Помазкина, В. И. Дударев, Н. Н.

Шевелева // Водоочистка. – 2012. – № 12. – С. 20-25.

9. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционное извлечение ионов цинка из промыв-

ных стоков гальванического производства / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, В. И.

Дударев, Е. А. Анциферов // Вода: химия и экология. – 2013. – № 1 (55). – С. 42-49.

10. Филатова, Е. Г. Сорбционная очистка гальваностоков от железа (II), (III) и по-

вторное использование сорбента ИПИ-Т / Е. Г. Филатова, О.И. Помазкина, В. И. Дуда-

рев // Журнал Сибирского федерального университета. Серия «Техника и технология».

– 2013. –Т. 6. – № 8. – С. 903-910.

11. Филатова, Е. Г. Оптимизация параметров электрокоагуляционного процесса

на основании математического моделирования / Е. Г. Филатова, Е. В. Кудрявцева, А.

А. Соболева // Вестник Иркутского государственного технического университета. –

2013. – № 4 (75). – С. 117-123.

12. Филатова, Е. Г. Очистка сточных вод гальванопроизводства от ионов никеля

и меди электрокоагуляционным шламом / Е. Г. Филатова, Г. Н. Дударева, Е. В. Куд-

рявцева, А. А. Соболева // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управле-

ние. – 2013. – № 5. – С. 68-74.

13. Филатова, Е. Г. Применение электрохимической коагуляции для демангана-

ции сточных вод / Л. А. Минаева, Е. Г. Филатова, В. И. Дударев, В. Г. Соболева //

Водоочистка. – 2013. – № 9. – С. 37-43.

14. Филатова, Е. Г. Изучение процессов адсорбции ионов хрома (VI) на углерод-

ном адсорбенте / В. И. Дударев, Е. Г. Филатова, О. В. Климова // Водоочистка. – 2013.

– № 10. – С. 6-14.

15. Филатова, Е. Г. Обезжелезивание сточных вод гальванического производства

модифицированным углеродным адсорбентом / Е. Г. Филатова, О. И. Помазкина, В.

И. Дударев, А. А. Соболева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2014. – № 1. – С.

47-51.

16. Филатова, Е. Г. Технология электрокоагуляционной очистки сточных вод

гальванического производства от ионов тяжелых металлов / Е. Г. Филатова, Г. Н.

44

Дударева, А. А. Соболева, Е. А. Анциферов // Известия высших учебных заведений.

Серия: Химия и химическая технология. – 2014. – Т. 57. – № 1. – С. 96-100.

17. Филатова, Е. Г. Деманганация сточных вод электрохимическим способом / В.

И. Дударев, А. Н. Баранов, Е. Г. Филатова, Л. А. Минаева // Вестник Иркутского госу-

дарственного технического университета. – 2014. – № 4 (87). – С. 124-127.

18. Филатова, Е. Г. Оптимизация электрокоагуляционной технологии удаления

ионов тяжелых металлов из сточных вод / Е. Г. Филатова, В. И. Дударев, А. А. Собо-

лева, О. В. Климова // Вода: химия и экология. – 2014. – № 2 (67). – С. 36-42.

19. Филатова, Е. Г. Оптимизация режимов электрокоагуляционного удаления

ионов Mn (II) на основании математического моделирования / Е. Г. Филатова, Л. А.

Минаева, В. И. Дударев, О. В. Климова // Водоочистка. – 2014. – № 4. – С. 26-33.

20. Филатова, Е. Г. Адсорбция катионов никеля (II) природными цеолитами / О. И.

Помазкина, Е. Г. Филатова, Ю. Н. Пожидаев // Физикохимия поверхности и защита ма-

териалов. – 2014. – Т.50. – № 3. – С. 262-267.

21. Филатова, Е. Г. Использование природных цеолитов в технологии очистки

сточных вод / Е. Г. Филатова, Ю. Н. Пожидаев, О. И. Помазкина // Вода химия и эко-

логия. – 2014. – № 11. – С. 83-88.

22. Филатова, Е. Г. Разработка цеолитно-сорбционной технологии очистки сточ-

ных вод гальванического производства / Е. Г. Филатова, О. И. Помазкина, Ю. Н. По-

жидаев // Химия и технология воды. – 2014. – Т. 36. – № 6. – С. 559-567.

23. Филатова, Е. Г. Сорбционное концентрирование тяжелых металлов и определе-

ние никеля в производственных растворах / В. И. Дударев, Е. Г. Филатова, Г. Н. Дударе-

ва, О. В. Климова, Л. А. Минаева, О. И. Рандин // Заводская лаборатория. Диагностика

материалов. – 2015. – Т. 81. – № 1-I. – С. 16-23.

24. Филатова, Е. Г. Исследование параметров извлечения ионов тяжелых металлов

в электролизерах с алюминиевыми анодами / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, Д. И. Ми-

наев // Водоочистка, 2015. – № 2. – С. 24-31.

25. Филатова, Е. Г. Адсорбция ионов меди (II) гейландитом кальция / О. И. По-

мазкина, Е. Г. Филатова, Ю. Н. Пожидаев // Физикохимия поверхности и защита ма-

териалов. – 2015. – Т. 51. – № 4. – С. 370-374.

Монографии

26. Филатова, Е. Г. Оптимизация электрокоагуляционной очистки сточных вод галь-

ванических производств / Е. Г. Филатова, В. И. Дударев // Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. –

140 с.

27. Филатова, Е. Г. Аналитический обзор методов очистки природных и техноло-

гических вод от марганца / В. И. Дударев, Л. А. Минаева, Е. Г. Филатова // Иркутск:

Изд-во ИрГТУ, 2013. – 124 с.

Патенты

28. Филатова, Е.Г. Патент RU № 2519412, МПК C02F1/463, C02F101/20. Способ

очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Е. Г. Филатова, А.А. Соболева, В.

И. Дударев, Е. А. Анциферов; опубл. 10.06.2014.

45

29. Филатова, Е.Г. Патент RU № 2547756, МПК C02F1/28, B01J20/20. Способ

очистки сточных вод от ионов хрома (VI) / О.В. Климова, В.И. Дударев, Е. Г. Филато-

ва; опубл. 10.04.2015.

Публикации в других научных изданиях

30. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционное концентрирование и анализ целе-

вых компонентов в гальваностоках / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, В. И. Дударев

// Материалы конференции «Методы анализа и контроля качества воды». – Москва.

– 2012. – С. 81.

31. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционное извлечение ионов никеля из сточ-

ных вод гальванического производства / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, В. И.

Дударев // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2012. – Т. 2. – №

1. – С. 149-157.

32. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляция ионов никеля в связи с проблемой за-

грязнения и очистки гальваностоков / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, В. И. Дуда-

рев // Материалы докладов Всероссийской научно-практической конференции с

международным участием «Перспективы развития технологии переработки угле-

водородных, растительных и минеральных ресурсов». – Иркутск. – 2012. – С. 167-

168.

33. Филатова, Е. Г. Сорбционное извлечение ионов тяжелых металлов из про-

мышленных сточных вод / Е. Г. Филатова, В. Г. Соболева, К. С. Ведерникова, И. М.

Щербакова // Материалы IV Международной научной конференции «Сорбенты как

фактор качества жизни и здоровья». – Белгород. – 2012. – С. 263-267.

33. Филатова, Е. Г. Электрохимическое извлечение и анализ целевых компо-

нентов в гальваностоках / Е.Г. Филатова, А.А. Соболева, В.И. Дударев // Материа-

лы IХ Научной конференции «Аналитика Сибири и дальнего Востока». – Красно-

ярск. – 2012. – С. 47-48.

35. Филатова, Е. Г. Обезжелезивание гальваностоков / Е. Г. Филатова, О. И. По-

мазкина, В. Г. Соболева, А. О. Свитова // Материалы международной конференции

«Перспективные вопросы мировой науки». – София. – 2012. – С. 88-90.

36. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционная очистка сточных вод гальвано-

производства от ионов никеля и меди / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева, Е. А. Ан-

циферов, А. О. Свитова // Материалы Международной научной конференции

«Наука, образование, производство в решении экологических проблем». – Уфа. –

2012. – С. 272-279.

37. Филатова, Е. Г. Интенсификация электрокоагуляционного метода очистки

сточных вод гальванического производства / Е. Г. Филатова, А. А. Соболева //

Международный научно-исследовательский журнал. – 2012. – № 5. – С. 126-127.

38. Филатова, Е. Г. Оптимизация параметров электрокоагуляционного процес-

са очистки сточных вод гальванического производства / А. А. Соболева, Е. Г. Фи-

46

латова, О. И. Рандин // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2013.

– № 1 (4). – С. 115-124.

39. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционное извлечение ионов хрома из про-

мышленных сточных вод / Е. Г. Филатова, Е. В. Субботина, К. С. Ведерникова, И.

М. Щербакова // Материалы международной научной конференции «Современное

общество и экология». – Чебоксары. – 2013. – С. 356-358.

40. Филатова, Е. Г. Извлечение ионов никеля из производственных растворов

электрокоагуляционным шламом / Е.Г. Филатова, В.И. Дударев // Материалы до-

кладов 2-ой Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капил-

лярный электрофорез». – Краснодар. – 2013. – C. 43.

41. Филатова, Е. Г. Изучение сорбции ионов тяжелых металлов на поверхно-

сти гидроксида алюминия / Е. Г. Филатова, В. И. Дударев // Материалы XV Все-

российского симпозиума с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы

теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности». – Москва -

Клязьма. – 2013. – С. 114.

42. Филатова, Е. Г. Доочистка сточных вод гальванического производства за-

байкальскими цеолитами / Е. Г. Филатова, В. Г. Соболева, К. С. Ведерникова // Ма-

териалы докладов Всероссийской научной конференции по фундаментальным во-

просам адсорбции с участием иностранных ученых. – Тверь. – 2013. – С. 192-193.

43. Филатова, Е. Г. Удаление ионов никеля из гальваностоков цеолитом Хо-

линского месторождения / Е. Г. Филатова, О. И. Помазкина, А. О. Свитова // Меж-

дународный журнал прикладных и фундаментальных исследований. –2013. – № 5.

– С.141.

44. Филатова, Е. Г. Исследование адсорбционных свойств гиббсита примени-

тельно к оптимизации параметров электрокоагуляционного процесса / Е. Г. Фила-

това, И. М. Щербакова // Материалы докладов Всероссийской научной конференции

по фундаментальным вопросам адсорбции с участием иностранных ученых. – Тверь.

– 2013. – С. 190-191.

45. Филатова, Е. Г. Исследование сорбционных свойств гейландита кальция по

отношению к ионам тяжелых металлов / Е. Г. Филатова, О. И. Помазкина, В. Г. Со-

болева, А. О. Свитова // Материалы Международной конференции «Восточное парт-

нернство-2013». – Польша. – 2013. http://www.rusnauka.com/26_WP_2013/Stroitelstvo.htm.

46. Филатова, Е. Г. Исследование

и разработка сорбционной технологии

очистки сточных вод в фильтрах с загрузкой из гейландита кальция / Е. Г. Филато-

ва, Ю. Н. Пожидаев, О. И. Помазкина, А. О. Свитова // Материалы второго Всерос-

сийского симпозиума с участием иностранных ученых «Кинетика и динамика об-

менных процессов». – Краснодарский край. Дивноморское. – 2013. – С. 57-58.

47. Филатова, Е. Г. Исследование адсорбционных свойств свежеобразованного

гидроксида алюминия / Е. Г. Филатова // Второй Съезд аналитиков России-2013. –

Москва. – С. 443.

47

48. Филатова, Е. Г. Деманганация техногенных образований и природных вод

электролитическим способом / Л. А. Минаева, Е. Г. Филатова // Материалы Все-

российской научно-практической конференции «Современное состояние и пробле-

мы естественных наук». – Югра. – 2014. – С. 141-143.

49. Филатова, Е. Г. Изучение адсорбционных свойств электрогенерируемого

гидроксида алюминия / Е. Г. Филатова, В. И. Дударев, А. О. Свитова // Материалы

Всероссийской научной конференции с международным участием «Успехи синтеза и

комплексообразования». – Москва. – 2014. – С. 224.

50. Филатова, Е. Г. Электрокоагуляционное извлечение ионов тяжелых метал-

лов из техногенных растворов / Е. Г. Филатова, В. И. Дударев, А. А. Соболева //

Материалы XVI Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых «Ак-

туальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективно-

сти». – Москва - Клязьма. – 2014. – С. 119.

51. Филатова, Е. Г. Адсорбция ионов тяжелых металлов природными цеоли-

тами / Е.Г. Филатова, О.И. Помазкина, Ю.Н. Пожидаев // Международная конфе-

ренция «Наука и современность: вызовы XXI века». – Киев. – 2014. – С. 126-127.

52. Филатова, Е. Г. Применение природных цеолитов в технологии очистки

сточных вод / Е.Г. Филатова, О.И. Помазкина, Д.В. Минаев, А.С. Кирюхина // Ма-

териалы Всероссийской научной конференции с международным участием «Сорб-

ционные и ионообменные процессы в нано- и супрамолекулярной химии». – Бел-

город. – 2014. – С. 152-155.

53. Филатова, Е. Г. Регенерация природных цеолитов Е.Г. Филатова, О.И. По-

мазкина, Ю.Н. Пожидаев // Международный научно-исследовательский журнал. –

2014. – № 12. (31) – С. 88-89.

54. Филатова, Е. Г. Извлечение токсичных ионов из техногенных растворов /

Е. Г. Филатова, О. И. Помазкина, В. Г. Соболева // Материалы докладов IV Всерос-

сийской научно-практической конференции с международным участием «Безопас-

ность-2014». – Уфа. – 2014. – С. 156-158.

55. Филатова, Е. Г. Извлечение и концентрирование ионов тяжелых металлов

углеродными сорбентами / В. И. Дударев, Л. М. Ознобихин, О. И. Рандин, Е. Г. Фи-

латова // Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Ак-

туальные проблемы синтеза нанопористых материалов, химии поверхности и ад-

сорбции». – Санкт-Петербург. – 2014. – С. 76.



Похожие работы:

«Матвеева Веста Сергеевна СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ДАННЫХ ДЛЯ РАССЛЕДОВАНИЯ ИНЦИДЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Специальность: 05.13.19 – методы и системы защиты информации, информационная безопасность АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Автор: _ Москва – 2015 Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация: Кандидат технических наук, доцент кафедры Криптология и дискретная...»

«Зиборов Дмитрий Михайлович ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ В КАЧЕСТВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕПЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИТАНИЯ 05.18.12 Процессы и аппараты пищевых производств Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2015 Г.В. Плеханова. Научный руководитель кандидат технических наук, профессор Ботов Михаил Иванович Официальные оппоненты: Воскобойников Владимир Александрович доктор...»

«Шумский Леонид Дмитриевич Методы и программные средства интеграции приложений с использованием внешней шины. Специальность 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Автор: Москва – 2015 Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Вольфенгаген...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.