Очистка сточных вод промышленных предприятий от ионов меди сорбентом на основе растительных отходов

Объект исследования: растительные отходы, сточные воды гальванических предприятий, загрязненные ионами тяжелых металлов. Цель работы: разработать технологии получения сорбентов на основе растительных отходов и их применения в очистке сточных вод гальванического производства от ионов меди для обеспечения экологической безопасности окружающей среды. Методы исследования: методология исследований основана на положениях теории термодинамики и кинетики процесса адсорбции. Место проведения исследований – лаборатории кафедры «Инженерная экология и безопасность труда» ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет» (КГЭУ). В исследовании были применены рекомендованные в ведомственно-экологическом контроле методы анализа: хроматографический, гравиметрический, титриметрический, фотоколориметрический, рентгеновской дифрактометрии. При проведении анализов выполнялись требования ГОСТ и СанПиН. Достигнутые результаты: Количественно и качественно оценен состав сточных вод гальванического производства и технологическая схема их очистки. Показано, что концентрация катионов меди после очистки превышает уровень ПДК катионов меди в водных объектах рыбохозяйственного значения. Получены технологические характеристики высушенных растительных отходов (влажность – 3 %, зольность – 11,32 %, теплота сгорания – 25,0 МДж/кг) и золы, полученной после их сжигания в топке котла (насыпная плотность – 329 кг/м3; удельная поверхность – 140 м2/г; водопоглощение – 23 %; суммарным объем пор – 0,8 см3/г). Рассчитаны характеристики котла при сжигании растительных отходов: КПД котла (87,1 %) и их количество, которое требуется для эффективного сжигания - 0,31 кг/с. Расчеты показали, что зола относится к IV классу опасности. Изучен процесс адсорбции ионов меди из модельных растворов сорбентом С1 (зола растительных отходов) в статических условиях. Изотерма имеет выпуклую форму и относится к I типу по классификации Брунауэра, Демина и Теллера, соответствует изотерме Ленгмюра L-типа. Рассчитаны кинетические параметры, подтвержден механизм физической неактивированной адсорбции. Произведен расчет термодинамических и кинетических показателей: константа скорости адсорбции - 0,338-0,43·10-3 с-1, значение кажущейся энергии активации – 5,36 кДж/моль. Построена выходная кривая адсорбции катионов меди сорбентом С2 в динамических условиях. Разработана технология получения сорбента С2: перемешивание сорбента С1 со связующим (жидкое натриевое стекло) в соотношении 2:1, нагревании в течение 25 мин при температуре 500 0С. Изучен процесс адсорбции катионов меди сорбентом С2 в динамических условиях. Полученные результаты говорят о том, что сорбент С2 с достаточной эффективностью способен к адсорбции катионов меди из модельного раствора. Усовершенствована технологическая схема очистки сточных вод от ионов меди ООО «ЕЛТОНС» путем добавления блока доочистки сорбционным материалом на основе золы растительных отходов. Предложено два режима доочистки: статический с эффективностью очистки 85,9 % и динамический с эффективностью 97,8 %. Выбран динамический режим. Рассчитан адсорбционный фильтр: производительность – 0,7 м3/ч; насыпная плотность гранул – 665 кг/м3; удельная поверхность гранул – 158 м2/г; перепад давления насыпного слоя – 2,99 кПа; масса сорбента для загрузки 1 фильтра – 1939,14 кг; коэффициент диффузии – 6,25·10-13 м2/с; коэффициент массоотдачи – 2,2·10-7 м/с; объемный коэффициент массоотдачи – 0,01 с-1. Определены пути регенерации отработанного сорбционного материала С2 интенсивным потоком очищенной воды, или утилизации в качестве добавки к топливному глю при сжигании. Рассчитаны капитальные затраты на производство 1 т сорбентов С1 и С2, себестоимость очистки 1 м3 сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью полученных сорбентов (35 руб.; 37,4 руб.), размер предотвращенного экологического вреда (2 940,4 тыс. руб./год), причиненного сбросом вредных (загрязняющих) веществ в составе сточных вод и в результате загрязнения почв, возникшего при поступлении в почву загрязняющих веществ при складировании на ее поверхности растительных отходов, и экономическая эффективность (1 505 тыс. руб./год) от использования предлагаемой технологии очистки сточных вод ООО «ЕЛТОНС».