Дисертації (ЕтаТРП)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Дисертації (ЕтаТРП) за Назва
Зараз показуємо 1 - 20 з 23
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Екологічна безпека експлуатації водного транспорту(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Вознюк, Марта Борисівна; Шаблій, Тетяна ОлександрівнаДисертаційна робота присвячена вирішенню проблем пошуку можливих шляхів підвищення екологічної безпеки при експлуатації річкового та морського водного транспорту. Відповідно до вимог сучасності, розвиток торгівельного флоту спрямований на збільшення об'ємів перевезень, що досягається шляхом підвищення вантажопідйомності суден, збільшення швидкості транспортних засобів, автоматизації систем управління. Одночасно, суспільство потребує мінімізації антропогенного впливу на довкілля, зокрема на гідросферу. За даними моніторингових досліджень судноплавство вносить майже половину (на рівні 45 %) від всіх забруднень Світового океану нафтою та нафтопродуктами. Основна частина всіх нафтових забруднень природних водойм пов’язана з надходженням в них баластних, промивних та лляльних вод. З метою управління та контролю щодо забруднення Світового океану нафтою та нафтопродуктами Міжнародна морська організація регламентує певні показники щодо скиду відповідних вод у водойми. Відповідно до Конвенції МАРПОЛ 73/78 суднам дозволяється скидати у міжнародних водах за борт очищенні лляльні води з концентрацією нафтопродуктів до 15 ppm. Вимоги національних нормативно-правових актів забороняють скид із суден нафти, нафтопродуктів та інших забруднюючих речовин як на внутрішніх водних шляхах, так і у внутрішні морські води України. І такої стратегії притримуються більшість країн світу. Крім того, лляльні води, що утворюються на суднах необхідно регулярно передавати на спеціалізовані очисні споруди для подальшого очищення та знезараження або можливий їх скид за борт (у міжнародних водах) у разі їх очищення за допомогою суднових установок і за умов, що концентрація нафтопродуктів у воді не перевищує міжнародні вимоги (15 ppm ). Порушення умов скиду очищених від нафти та нафтпродуктів вод з локальних (суднових) або стаціонарних (берегових) очисних споруд призводить до негативних наслідків для довкілля, біоти та людини. Для зменшення антропогенного навантаження на гідросферу ще залишається актуальним пошук високоефективних технологій очищення суднових нафтовмісних вод. У першому розділі описано сучасні методи очищення нафтовмісних вод. У зв’язку з різними морфологічних формам, широким діапазоном та змінними концентраціями нафти у складі стічних вод суден, існує ряд методів для їх очищення. Серед існуючих методів очищення нафтовмісних вод увагу приділяють фізичним, фізико-хімічним, електрохімічним та біологічним методам в різних способах їх реалізації. Часто пропонується використовувати комбіновані методи очищення таких вод. У кожного із запропонованих методів є свої переваги та недоліки. Фізичні методи очищення характеризуються простотою реалізації та низькою собівартістю. Проте, лімітуючою ознакою даних методів є обмеження по виділенню частинок різного морфологічного складу. Зокрема, ефективність видалення емульгованої нафти, фракція якої в нафтовмісних водах найбільша, і поверхнево-активних речовин занадто мала. Методи фільтрування також відзначаються невисокою вартістю обладнання, але при їх застосуванні виникає проблема утворення промивних вод та їх утилізація. Системи, утворені домішками нафти та нафтопродуктів, є кінетично нестійкими, і нерозчинні речовини утримуються у завислому стані динамічними силами потоку води. Для видалення домішок цієї групи застосовують також явища і прийоми, які базуються на фізико-хімічних процесах. Широкого застосування набуло очищення стічних вод методом коагулювання. Метою застосування коагулянтів є зниження агрегатної та седиментаційної стійкості іоногенних, колоїдних та високодисперсних домішок, які містяться у воді. Методи коагуляційного очищення води характеризуються низькою вартістю та легкістю їх реалізації, проте ефективність очищення від поверхнево-активних речовин невисока. Обмеження використання екологічно безпечного сорбційного вилучення нафтопродуктів за допомогою доступної рослинної сировини пояснюється їх незначною сорбційною ємністю у порівнянні зі штучними сорбентами. Проте застосування останніх в значній мірі звужено у зв’язку зі складністю процесів відновлення їх ємності та лімітується шляхами утилізації відпрацьованих сорбентів. Електрохімічні методи, зокрема, електрокоагуляція та електрофлотація, задовольняють всім основним вимогам: високий ступінь вилучення полютантів, швидкість обробки, малогабаритні розміри устаткування. До недоліків електрохімічних методів слід віднести енерго- та матеріаловитрати, вірогідність потрапляння у довкілля електрохімічно розчинених речовин. Щодо біологічних методів очищення води від нафти та нафтопродуктів, то дані методи характеризуються відсутність використання хімічних допоміжних речовин, низькою вартістю процесу. Серед недоліків даного методу виділяють низьку ефективність очищення води та складність очищення великих її об’ємів. У другому розділі дисертаційної роботи представлені об’єкти та методи досліджень. Розділ включає опис характеристик модельних розчинів, що імітують нафтовмісні води суден, а також реагентів та матеріалів, що використовувались у роботі. У розділі наведено методики синтезу штучних реагентів та матеріалів, що використовувались у роботі, та детально описано методи проведення досліджень, спрямованих на підвищення ефективності видалення нафти з водно-нафтових емульсій різної мінералізації. Також в розділі наведено посилання на методики аналітичного контролю за показниками якості вод. Описано алгоритм проведення математичної обробки отриманих експериментальних даних. У третьому розділі роботи охарактеризовано проблему забруднення гідросфери нафтою та нафтопродуктами різними галузями виробництв. Розглянуто всі потенційні джерела забруднення водних ресурсів нафтою та нафтопродуктами, наведено причини та внески негативного впливу від кожного виду джерел. Проаналізовано небезпечний вплив нафтопродуктів на об’єкти довкілля: гідробіонтів, птахів, ссавців, людей; обґрунтовуються значення нормативних показників за вмістом нафтопродуктів для водних об’єктів різного призначення. Описано сучасний екологічний стан Чорного та Азовського морів, наведено рівні екологічного стану за основними забруднювачами для різних акваторій. Показано, що основна проблема забруднення гідросфери нафтою та нафтопродуктами пов’язана з експлуатацією водного транспорту, зокрема зі скидом баластних, лляльних та промивних вод суден. Особливу увагу приділено лляльним водам, утворення яких на суднах неминуче. У четвертому розділі дисертаційної роботи представлені результати досліджень по видаленню нафти з водно-нафтових емульсій коагуляційним та електрохімічним методами. Доведено, що застосування сульфат алюмінію, гідроксид алюмінію, а також гідроксохлорид алюмінію в дозах від 2 мг/дм3 до 50 мг/дм3 забезпечують достатньо високий ступінь вилучення нафти з емульсій. Ступінь очищення води при цьому становить 97–99 %. Також, встановлено вплив хімічного складу коагулянту та початкової мінералізації води на ефективність видалення нафти з води за допомогою алюмінієвих коагулянтів. З’ясовано, що найбільшу ефективність щодо видалення нафти з води має гідроксид алюмінію. Проведено порівняння застосування сорбційного та сорбційнокоагуляційного методів для очищення прісних та солоних нафтовмісних вод. В якості сорбентів застосовано штучний терморозширений графіт та активоване вугілля марки БАУ-К. Як альтернативу сорбційному методу проведено дослідження застосування сорбційно-коагуляційного методу із одночасним використанням алюмовмісних коагулянтів: сульфату алюмінію та гідроксохлориду алюмінію, та активованого вугілля. Встановлено, що комбіноване використання алюмінієвих коагулянтів та активованого вугілля відзначається плинністю ефективності, яка залежить від типу і дози коагулянту, мінералізації вихідної води та дози сорбенту. Показано високу ефективність терморозширеного графіту в процесах очищення водонафтових емульсій. Доведено, що обробка водонафтових розчинів низької та високої мінералізації з вмістом нафти 100 мг/дм3 методом електрокоагуляції в однокамерному електролізері забезпечує вилучення нафти із нафтовмісних вод з застосуванням залізних або алюмінієвих електродів на рівні 98–99 %. Встановлено, що зниження концентрації нафти на 97–98,5 % для вод різної мінералізації із застосуванням як алюмінієвого, так і залізного аноду що досягається протягом перших 15 хвилин обробки води. Встановлено, що обробка водонафтових розчинів електрофлотацією з застосуванням алюмінієвих або залізних електродів при певних значеннях анодної щільності струму, діапазон яких залежать від мінералізації вихідної води забезпечує 98,6–99,9 % вилучення нафти. Показано, що як і у випадку електрокоагуляції, тривалість обробки води протягом перших 15 хвилин є достатньою для практично повного вилучення полютанта. Доведено, що ефективність вилучення нафти з води, в основному, залежить від її мінералізації. В солоній воді процес очищення проходить ефективніше, а в прісних водах вищу ефективність очищення води забезпечує алюмінієвий анод, в порівнянні із залізним. Проте, в разі використання залізного аноду, вкритого шаром магнетиту, відзначається найбільша ефективність електрофлотаційного очищення для слабкосолоних вод. У п’ятому розділі роботи представлені результати досліджень по оцінці ступеня очищення нафтовмісних вод із використанням магнетитів – магнетиту, синтезованого за класичною методикою, та магнетитів, модифікованих гідрофобізуючими агентами. В якості гідрофобізуючих агентів було використано сульфонол або алкілімідазолін. Встановлено, що магнетит в дозах 50–200 мг/дм3 , який був модифікований за допомогою алкілімідазоліну забезпечує достатньо високий ступінь видалення нафти з прісних та солоних нафтовмісних вод на рівні 97,5–99,8 %. З’ясовано, магнетит, модифікований сульфонолом, у порівнянні з немодифікованим магнетитом показує більшу ефективність вилучення нафти, однак тільки за високих концентрацій (200 мг/дм3 ) і лише і слабомініралізованих водах. Для забезпечення високого ступеню очищення нафтовмісних вод достатньо трьох годин. Показано, що у разі застосування в процесі синтезу магнетиту більшої кількість гідрофобізуючого агента, зокрема алкілімідазоліну, відбувається зниження впливу рН на очищення нафтовмісних вод різної мінералізації.Документ Відкритий доступ Захист водних екосистем від забруднення мінералізованими стічними водами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Крижановська, Яна Павлівна; Гомеля, Микола ДмитровичДисертаційна робота присвячена вивченню питання захисту водних екосистем від забруднення мінералізованими стічними водами. Проблема забезпечення якісною, придатною питною водою населення нашої країни стоїть гостро, особливо в теперішній час, в час війни. Складна ситуація і в східних регіонах України, де внаслідок масштабного розвитку промисловості спостерігалось значне антропогенне навантаження на водні об'єкти. Сьогодні ситуація ускладнилась внаслідок інтенсивності воєнних дій. Не менш складна ситуація на південному сході та півдні України (приморські території), де мінералізація води підвищена за рахунок природних факторів. Проблема значно загострилась через війну, що спричинила руйнування систем водокористуання, руйнування Каховської ГЕС та знищення каховського водосховища. В значній мірі забруднення природних водойм зумовлене скидами високомінералізованих шахтних вод без належного очищення, стічних вод промислових підприємств, комунальних господарств та стічних вод, що утворюються на сільськогосподарських об’єктах. Часто засолені концентрати та елюати, що утворюються при очищенні природних вод, також скидають у природні водойми без очищення. Проблема значно ускладнюється тим, що всі відомі технології знесолення води супроводжується утворенням концентрованих сольових розчинів. А у регіонах з розвиненою металургією, на шахтах добування залізної руди, утворюються шахтні води, рівень мінералізації яких сягає 50-100 г/дм3 . Такі води не можна знесолювати ні зворотнім осмосом, ні іонним обміном. Дані розчини, як і концентрати, що утворюються при знесоленні води, утилізувати дуже складно. Процеси випаровування, виморожування та висушування надто енергозатратні. Інших ефективних технологій їх переробки на сьогодні не існує. Таким чином, створення ефективних, досконалих та дієвих маловідходних технологій опріснення природних вод є важливим та актуальним науковотехнічним завданням. Слід підкреслити важливість, саме, маловідходних технологій, які дають змогу на виході отримувати не просто очищену воду, а й корисні продукти, котрі реально можна використовувати в промислових цілях. Такий підхід дозволяє забезпечити не лише оздоровлення навколишнього природнього середовища, а також дає можливість впроваджувати економічнодоцільні, менш енергозатратні та ефективні технології водоочищення та водопідготовки. А ще, використання і поступове впровадження маловідходних технологій дає змогу досить помітно заощаджувати кошти закладених бюджетів і в подальшому - вивчати та впроваджувати нові більш сучасні технології та реагенти. Без отримання корисних продуктів, реалізація яких компенсує витрати на очищення води, впровадження процесів знесолення шахтних вод є практично нереальною. Мета даної дисертаційної роботи полягала в забезпеченні успішного впровадження сучасних технологій знесолення води за рахунок вирішення проблеми переробки засолених концентратів, що утворюється при очищенні води, з отриманням корисних продуктів, реалізація яких суттєво знизить загальні затрати на очищення та кондиціонування води. Результати дисертаційної роботи представлена у чотирьох розділах та додатках. У першому розділі дисертаційної роботи описано сучасні наукові методи опріснення природних вод та очищення забруднених стічних вод електрохімічними, мембранними методами, також методами концентрування та знесолення. Вивчено актуальність та важливість технологічних засад маловідходних виробництв, можливість отримання сучасних та ефективних коагулянтів, дезінфектантів, як вторинних продуктів очистки вод та їх застосування як перспективних реагентів для водоочищення. Вивчені та описані відомі методи демінералізації води, також окреслено їх переваги та недоліки, виокремлено перспективи їх розвитку. У другому розділі дисертації представлено об`єкти та методи досліджень, котрі включають в себе опис, характеристику, фізико-хімічні властивості тих середовищ, матеріалів та реагентів, які застосовувались та наведені в наступних розділах дисертаційної роботи. Об`єктами дослідження були Дніпровська вода, а також модельні розчини. У даному розділі описані реагентні методи очищення концентратів баромембранного опріснення води, а також електрохімічні методи переробки концентратів. Описані методики по контролю фізико-хімічних процесів та визначення концентрацій речовин у воді. У третьому розділі дисертаційної роботи експериментально проведено, а також проаналізовано та вивчено основні засади по утилізації концентрованих відходів, що утворюються внаслідок баромембранного знесолення вод. Вивчено основні умови та аспекти ефективного реагентного очищення мінералізованих вод від сульфатів за допомогою застосування відходів глиноземного виробництва («червоного шламу», котрий має великі перспективи у використанні, як коагулянт). Експериментально досліджено умови одержання окислених сполук хлору у двокамерному електролізері, беручи до уваги вплив щільності струму та концентрації хлорид-аніонів на ефективність перебігу процесу. Показано, що в двокамерних електролізерах, розділених аніонною мембраною в анодній області відбувається утворення окислених сполук хлору при постійній лужності розчину в катодній камері. З результатів досліджень видно, що в аноліті утворюються не лише активний хлор, але і гіпохлорит натрію, хлорити і хлорати натрію. Вихід за струмом окислених сполук хлору зростає з підвищенням концентрації хлоридів. При підвищенні щільності струму значні об’єми продуктів окисленого хлору витрачаються через дегазацію активного хлору та диоксиду хлору. Для забезпечення високих виходів гіпохлориту натрію розробили методику концентрування розчинів хлориду натрію електролізом у трикамерних електролізерах Вивчено умови та перебіг процесу електрохімічного отримання гіпохлориту натрію та активного хлору у герметичному двокамерному електролізері. Показано, що ефективність окислення хлоридів залежить від типу використаних мембран – дифузійної, катіонної та аніонної. Визначено залежність виходу активного хлору за струмом від концентрації розчинів, анодної щільності струму. Встановлено, що найбільш ефективним є використання катіонних мембран з відведенням активного хлору з аноліту. За даних умов досягнуто не лише отримання концентрованих розчинів гіпохлориту натрію, але і ефективного очищення розчинів хлориду натрію в широкому діапазоні концентрацій вихідних розчинів. У четвертому розділі дисертації експериментальним шляхом досліджено головні аспекти електрохімічної очистки концентратів баромембранного опріснення вод при використанні алюмінієвого аноду з отриманням алюмінієвого коагулянту AlCl3. Вивчено вплив на перебіг процесу таких факторів, як сила струму, котра в свою чергу залежить від напруги та електропровідності робочого розчину. Таким чином, зазначено, що така технологія дозволяє очищувати концентрати, що містять натрію хлорид та переробляти алюмінієвий металобрухт, а на виході одержувати сучасний ефективний коагулянт, що являється корисним вторинним продуктом. Також, в четвертому розділі вивчено процеси електрохімічного очищення розчинів хлориду натрію в трикамерному електролізері при використанні залізного аноду. Інтенсивність перебігу процесу, ступінь очищення робочого розчину залежить від таких факторів, як концентрація вихідного робочого розчину і сили струму. Досліджено електрохімічне очищення мінералізованих розчинів з отриманням коагулянту із суміші хлоридів і сульфатів у розчині. Було показано, що електродіаліз дозволяє переробити розчини сумішей хлориду та сульфату натрію, з одержанням суміші хлоридів та сульфатів заліза, придатних для використання в якості коагулятнів. Також, експериментально дослідили процеси електролітичної переробки засолених розчинів сульфату натрію при застосовуванні залізних анодів. Процес проводили в трикамерному електролізері із застосуванням залізного аноду. Дослідили вплив сили струму та часу процесу на ступінь очистки розчинів. Також, здійснено оцінку ефективності роботи отриманих коагулянтів, котрі одержано із відходів очищення води. Порівняли ефективність роботи нового одержаного коагулянту із існуючими на ринку, і підтвердили той факт, що їх робота є задовільною та ефективною. Виробництво коагулянтів із відходів водоочистки є перспективним, економічно вигідним та цікавим напрямком екологічної охорони навколишнього природнього середовища.Документ Відкритий доступ Захист водойм від забруднення сполуками азоту та фосфору(2019) Петриченко, Альона Ігорівна; Гомеля, Микола ДмитровичДокумент Відкритий доступ Зниження екологічних ризиків засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Вакуленко, Анна Костянтинівна; Гомеля, Микола ДмитровичВакуленко А.К. Зниження екологічних ризиків засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 «Екологія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблем зниження екологічної небезпеки, що виникає внаслідок засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами. Недостатній ступінь очищення стічних вод комунальних, промислових, сільськогосподарських підприємств, скид шахтних вод, відходи при розробці рудних копалин – це є основними причинами забруднення навколишнього природного середовища. Забруднення природних поверхневих водних об’єктів речовинами, котрі містяться в шахтних водах є однією з основних природоохоронних проблем гірничо-добувної промисловості. Дуже часто такі води скидаються безпосередньо у водойми без належної необхідної попередньої очистки. Ці води характеризуються хімічним, механічним, бактеріальним забрудненнями, а також досить високою мінералізацією на глибоких шахтах (іноді понад 70 г/дм3 ). При цьому більшість із традиційних технологій очищення води, що існують сьогодні, малоефективні і практично непридатні для знесолення води. Захист природних водойм від засолення внаслідок техногенних впливів є важливою та актуальною задачею. Внаслідок використання застарілих технологій вони не очищаються від мінеральних солей. Разом з тим всі шахтні води (на Донбасі це 1 млрд. м3 /рік) скидаються у поверхневі води без знесолення, що призводить до значного підвищення вмісту солей в них та до зменшення фонду джерел забезпечення населення України чистою водою. Тому створення ефективних маловідходних технологій знесолення води є важливою науково-технічною проблемою. Це важливо і тому що підземні та поверхневі води приморських територій характеризуються високим рівнем жорсткості та мінералізації. Масштабне засолення поверхневих вод стічними засоленими водами спричиняє не лише екологічні, але і матеріальні збитки. Воно є причиною того, що понад 20% населення України вживає неякісну питну воду, що викликає високий рівень захворюваності. Значною є проблема забезпечення якісною питною водою населення у вододефіцитних регіонах (Приморські території), де підземні води та поверхневі водойми характеризуються підвищеним вмістом солей. Отримання питної води із солонуватих шахтних та природних вод є одним із перспективних напрямків розширення фонду джерел водопостачання, що важливо для маловодних регіонів України. Отже, стає очевидним, що високомінералізовані води повинні піддаватися належному очищенню. Для очищення таких вод рекомендовано використовувати метод зворотнього осмосу. Даний метод дозволяє очищувати воду до рівнів якості питної води, а не лише до рівнів на скид у водойми. У першому розділі описано сучасні методи демінералізації та очищення висококонцентрованих стічних вод. До даних методів відносять демінералізацію води методами зворотнього осмосу та іонного обміну, реагентний та електрохімічний методи очищення води. В результаті роботи промислових виробництв щодня у природні джерела відбувається скид стічних вод, які несуть в собі іони жорсткості, хлориди, сульфати, фосфати, нітрати, хромати. При використанні зворотнього осмосу, який є одним з найперспективнішим методом очистки води, необхідно застосовувати методи попередньої обробки задля того, щоб уникнути заростання мембран та підвищити продуктивність процесу та термін експлуатації установки. Для того щоб впровадження екологічно безпечного промислового водоспоживання було ефективним, необхідно застосовувати комплексні технологіії водоочищення, які в результаті будуть давати змогу отримувати якісну воду та такі сполуки, які потім можна буде використовувати в інших промислових виробництвах. У даному розділі детально розглянуті та описані відомі методи демінералізації води, також визначено переваги та недоліки методів, окреслено перспективи їх розвитку. Під час написання даного розділу було проведено оцінку ефективності баромембранних методів знесолення води, відмічено високу якість очищеної води при застосуванні процесів зворотнього осмосу. Окреслені проблеми застосування методу пов`язані з попередньою підготовкою води, коригуванням складу очищеної води та переробкою концентратів. Також були визначені переваги та недоліки іонообмінного знесолення води, показано перспективи методу при розділенні іонів. Був проведений детальний аналіз електрохімічних методів очищення води за допомогою чого ми змогли оцінити перспективи їх використання як при освітленні та знесоленні води, так і при переробці сольових розчинів, що утворюються при очищенні води. У другому розділі дисертаційної роботи представлені об`єкти та методології досліджень, що включають в себе опис, характеристику, фізикохімічні властивості середовищ, матеріалів та реагентів, що використовувалися та представлені в наступних розділах дисертації. Об`єктами дослідження була артезіанська вода, шахтні води з Тарновської шати, води з відвідного колектору б. Таранова, а також модельні розчини. У розділі описані методи дослідження очищення води мембранними методами зворотньоосмотичного опріснення води, електрохімічні методи переробки концентратів. Наведені методики для контролю фізико-хімічних процесів та визначення концентраці речовин у воді. У третьому розділі роботи представлена оцінка впливу шахтних вод на стан водних об`єктів. Представлено еколого-технологічну класифікацію мінералізованих шахтних вод, показано вплив шахтних вод на стан природних водних об`єктів, приведено об`єм скидів високомінералізованих вод у поверхневі водні об`єкти за регіонами, а також приведені екологічні ризики засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами. Проаналізовано вплив шахтних вод на стан природних водних об`єктів, приведено об`єм скидів високомінералізованих вод у поверхневі водні об`єкти за регіонами. Показані екологічні ризики засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами, а також розраховані екологічні ризики для річки Казенний Торець, що входить до складу річок басейну Сіверського Дінця. У четвертому розділі дисертаційної роботи представлені результати досліджень при застосування зворотнього осмосу в процесах водопідготовки. Показана оцінка ефективності застосування зворотнього осмосу в процесах водопідготовки на прикладі таких досліджень, як пом`якшення води в процесах зворотньоосмотичного її очищення; показано залежність ефективності зворотньоосмотичних мембран від мінералізації води, показана оцінка впливу початкових концентрацій солей на селективність і продуктивність мембран, встановлено залежність зміни концентрації солей та тисків у системі зворотньоосмотичного опріснення води від ступеню відбору перміату, визначено необхідні тиски у системах знесолення води з використанням зворотньоосмотичних мембран, процедено оцінку ефективності зворотньоосмотичного очищення шахтних вод, приведена принципова технологічна схема опріснення слабомінералізованихх вод зворотнім осмосом. Також у даному розділі приведено виведенне рівняння, за рахунок якого можна визначити необхідний тиск в системі. Проведено переробку регенераційних розчинів у трикамерному електролізері з використанням алюмінієвих анодів. Також показано наскільки ефективними є алюмінієві коагулянти, що були отримані із відходів промислових виробництв, а також отриманих в результаті переробки хлористого натрію методом електролізу. У п`ятому розділі роботи представлено результати досліджень при застосуванні зворотнього осмосу при очищенні води від нітратів, фосфатів та хроматів. Проведено порівняльний аналіз ефективності зворотнього осмосу та іонного обміну та представлено результати по вилученню із води нітратів методом зворотнього осмосу та іонообмінним методом та доведено, що використання іонного обміну є більш доцільним, аніж використання зворотнього осмосу для вилучення з води нітратів. Також приведені результати по вилученню із води фосфатів методом зворотнього осмосу на прикладі використання модельних розчинів ортофосфату натрію і визначено, що зворотньоосмотична мембрана забезпечує високу селективність по фосфатах у розведених розчинах при фільтруванні розчину ортофосфату натрію у артезіанській воді. Показано, що в процесі очищення води від фосфатів зворотнім осмосом селективність по вказаних іонах зростає із ступенем відбору перміату. Також у даному розділі приведена оцінка ефективності зворотнього осмосу при вилученні із води хроматів та показано, як впливає рН на вміст хроматів у концентраті.Документ Відкритий доступ Зниження негативного впливу на водні об’єкти систем пом’якшення води(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Гордієнко, Катерина Юріївна; Радовенчик, Ярослав ВячеславовичГордієнко К. Ю. Зниження негативного впливу на водні об’єкти систем пом’якшення води. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 «Екологія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблем забруднення гідросфери відходами систем пом’якшення води. Сьогодні досліджено достатню кількість технологічних процесів, здатних задовільнити вимоги пом’якшення води в самих різних умовах. В переважній більшості вони орієнтовані на використання в умовах промислового виробництва, де відходи локалізуються в одному місці і можливо просто налагодити їх утилізацію. До останнього часу пом’якшенню води в системах малої та середньої продуктивності приділялося досить мало уваги, а знешкодження відходів технологій пом’якшення взагалі пройшли повз увагу фахівців. В той же час, основним процесом пом’якшення води в побутових та офісних умовах залишається іонний обмін, котрий на сьогодні добре відпрацьований, автоматизований та комп’ютеризований і відповідне обладнання може тривалий час без кваліфікованого обслуговування забезпечувати споживачів помякшеною водою. Не акцентуючи увагу на деяких недоліках іонного обіну, важко пройти повз ситуацію із утворенням регенераційних розчинів та їх знешкодженням. Проблема полягає в тому, що для регенерації катіоніту в системах пом’якшення води застосовують 10%-ві чи 24%-ві розчини хлориду натрію. Після використання в цих розчинах частина іонів натрію замінюється на іони кальцію та магнію і ця суміш скидається в каналізаційні системи чи природні водойми. Таким чином формується антропогенний кругообіг хлориду натрію, котрий спричиняє підвищення мінералізації природних вод та значне зниження їх якості. На сьогодні кількість таких установок досить незначна, тому проблема просто замовчується. Однак, із збільшенням загальної мінералізації використання систем зворотного осмосу суттєво зросте і зросте, відповідно, кількість систем іонообмінногопом’якшення води, як попереднього етапу підготовки її перед обробкою. Таким чином, формується замкнуте коло, вихід з якого вже давно потрібно шукати фахівцям відповідної галузі. Метою даного дослідження є вибір та модифікація економічної та екологічно безпечної технології і реагентів пом’якшення води для системи малої та середньої продуктивності з метою зниження негативного впливу на водні об’єкти. Основним завданням є дослідження і створення ефективних технологій пом’якшення води, що забезпечують збалансований підхід до забезпечення якості води, раціональне використання водних ресурсів та мінімізацію утворення відходів, що негативно впливають на водні ресурси. Для вирішення поставленого завдання нами вибрано реагентний метод пом’якшення води з виконанням умов використання його в побуті та офісах. Зважаючи на конкретні вимоги до технології пом’якшення, нами запропоновано модифікувати деякі відомі реагенти, застосовувати для розділення фаз фільтрування та додатково обробляти воду флокулянтами. В результаті припиняється скид в довкілля значних об’ємів регенераційних розчинів, мінімізація утворення відходів у вигляді твердої фази, придатної до використання в якості мінеральних добрив, припиняється використання води на власні потреби технології. У першому розділі описано сучасні методи пом’якшення води з використанням реагентних, іонообмінних, фізичних та електрохімічних технологій. Зазначено, що реагентні технології відносяться до найбільш простих та поширених технологій. Вони реалізуються з використанням простого обладнання, але потребують кількох етапів обробки води, включаючи відстоювання та фільтрування. Значна кількість досліджених на сьогодні реагентів дозволяє обробляти воду в широкому діапазоні жорсткостей та хімічного складу. В той же час, в промисловому масштабі ця технологія потребує високооб’ємних споруд, тривалого відстоювання води та утилізації утвореної твердої фази. Іонообмінні технології сьогодні досить часто застосовуються як в промислових так і в побутових умовах. Ці технології відрізняються компактністю обладнання, добрепіддаються автоматизації, забезпечують високу ефективність видалення іонів жорсткості з обробленої води. Разом з тим, регулярний скид в довкілля регенераційних розчинів високої концентрації робить цю технологію екологічно небезпечною. Крім цього, на територіях із значним вмістом іонів заліза спостерігається отруєння ними катіонітів з відповідним зниженням обмінної ємкості. Фізичні технології орієнтовані на стабілізацію води по накипоутворенню і не супроводжуються видаленням іонів жорсткості. Тому вони можуть бути застосовані в лініях підготовки води для побутової техніки (пральні та посудомийні машини) і не забезпечують вимог чинних документів до питних вод. Електрохімічні методи досліджені на сьогодні ще недостатньо, відсутні дані про їх впровадження в промислових масштабах чи побуті, тому використання їх в якості етапу пом’якшення води неможливе. У другому розділі дисертаційної роботи представлені відомості про об’єкти та методи досліджень, матеріали та реагенти, що використовувалися в процесі експериментів, методики проведення досліджень та методи математичної обробки експериментальних результатів. У розділі також приведені посилання на сучасні відомі методи аналізу різноманітних параметрів рідких розчинів, зазначені традиційні засоби вимірювання, які використовувалися в роботі. В дослідженнях використовували модельні розчини, що імітували природні поверхневі та підземні води та води централізованих систем водопостачання. Методи статистичної та математичної обробки експериментальних даних застосовували для підтвердження достовірності отриманих результатів. У третьому розділі роботи проведено аналіз стану природних вод на території України. Зазначено зниження якості поверхневих та підземних вод в результаті кліматичних та антропогенних процесів, відмічено підвищення жорсткості природних вод як в поверхневих водоймах та артезіанських горизонтах. Проведено аналіз сучасних технологій пом’якшення води системами малої та середньої продуктивності, зазначено основні особливості кожної з них. Розглянуто будову типової системи іонообмінного пом’якшення води, визначено основні ризики при її експлуатації, описано технологічний процес та його особливості.Проведено порівняння основних технологій пом’якшення води в побутових та офісних умовах з точки зору негативного впливу на довкілля, витрати енергії, води та інших ресурсів. Зазначено, що системи зворотного осмосу, незважаючи на їхню високу ефективність у видаленні домішок з води, мають найнижчу екологічну ефективність через високе енергоспоживання та значний вуглецевий слід. Крім того, вони утворюють значну кількість відпрацьованої води, що збільшує загальні витрати водних ресурсів. Усе це робить зворотний осмос не дуже привабливим варіантом з точки зору екологічної сталості, особливо в регіонах з обмеженими ресурсами води. Іонообмінні системи займають середню позицію в рейтингу екологічної ефективності. Вони споживають відносно невелику кількість енергії, що забезпечує порівняно низький вуглецевий слід. Проте використання солі для регенерації смоли створює певні екологічні виклики, пов’язані з утворенням відпрацьованих розчинів, які негативно впливають на водні ресурси та ґрунти. В цілому зазначено на необхідності розробки нових чи модифікації існуючих технологій пом’якшення води для підвищення загальної екологічної безпеки процесу. У четвертому розділі детально вивчено ефективність традиційного методу пом’якшення води з використанням карбонату та гідроксиду натрію. Встановлено, що при низьких температурах ефективність обробки цим методом надзвичайно низька і супроводжується значною перевитратою реагентів, потребує корегування рН і складного регулювання. Досліджено також застосування силікату та фосфату натрію. За своїми результатами силікат натрію досить близький до карбонату натрію, погано працює при низьких температурах, потребує корегування рН після обробки води, утворює тверду фазу, що важко відділяється від води. Найбільш прийнятним варіантом виявився фосфат натрію. Встановлено, що навіть за температури води в 5 °С його ефективність знижується лише на 1 – 2 % в порівнянні з ефективністю при 20 °С. Дослідженнями встановлено, що ефективність фосфатів відносно іонів кальцію вища, ніж відносно іонів магнію. Якщо залишкова кальцієва жорсткість за відповідних умов може бути доведена до рівня 0,1 – 0,2 мг-екв/дм3, то для магнієвої жорсткості цей показник сягає лише 0,7 – 1,5 мг-екв/дм3. В процесі пом’якшення для підтримання в обробленій воді допустимого значення рН запропоновано використовувати комплексний реагент із суміші фосфату та дигідроортофосфату натрію у відповідному співвідношенні. Дослідженнями зафіксовано деякі труднощі при відділенні твердої фази фільтруванням. Тому в об’ємі роботи підібрано флокулянт та його дози для покращення процесу розділення фаз. Запропоновано розділяти пом’якшену воду на два потоки – для побутового використання та для споживання. Використання води в побутовій техніці (пральні машини, посудомийки, душ, ванна) передбачається відразу після помякшення без додаткової обробки. Щодо споживання води, то помякшення розробляється як попередній етап обробки води перед зворотним осмосом. Приведено оцінку економічної доцільності застосування реагентної технології в системах малої та середньої продуктивності. У п’ятому розділі роботи обґрунтовано вибір реагентної технології пом’якшення води установками малої та середньої продуктивності, визначено особливі умови застосування технології пом’якшення, акцентовано увагу на модифікації відомих осаджувачів іонів жорсткості для підтримання оптимального водневого показника після обробки води. Розраховано рівняння регресії для залежностей між основними параметрами процеу пом’якшення води. Отримані результати представлені у вигляді поверхностей рішень, що дозволяє досить просто визначати рівень основних параметрів в залежності від вхідних параметрів води. На основі отриманих результатів розроблено технологічну схему пом’якшення води установками малої та середньої продуктивності, котрі можуть бути використані в якості підготовчого етапу обробки води системами зворотного осмосу.Документ Відкритий доступ Комплексна переробка високомінералізованих стоків в екологічно безпечному промисловому водоспоживанні(2017) Грабітченко, Валентина Миколаївна; Гомеля, Микола Дмитрович; Кафедра екології та технології рослинних полімерів; Інженерно-хiмiчний факультет; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Комплексні ресурсоефективні технології очищення вод паперових виробництв(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Галиш, Віта ВасилівнаГалиш В.В. КОМПЛЕКСНІ РЕСУРСОЕФЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ВОД ПАПЕРОВИХ ВИРОБНИЦТВ. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.21 – Технологія водоочищення. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена створенню комплексних ресурсоефективних технологій очищення вод підприємств, які виробляють картонно-паперову продукцію та широко використовують вторинну сировину – макулатуру, шляхом розробки технологічних рішень зі збільшення ефективності очищення підсіткових вод в локальних умовах, зменшення об’ємів утворення забруднених стічних вод, їх ефективного освітлення та повторного використання в технологічних процесах, а також часткової заміни вторинного волокна на первинне з вітчизняної сировини, що також має позитивний вплив на інтенсифікацію очищення забруднених підсіткових вод. У першому розділі розглянуто сучасний стан проблеми утворення та очищення стічних вод паперових виробництв. Описано способи забезпечення ефективного очищення підсіткових вод з використанням механічних, фізикохімічних та біологічних способів, економії водних ресурсів у виробництві паперу та картону з макулатури. Детальну увагу приділено способам підвищення ефективності утримання волокна на сітці під час формування паперу, серед яких використання допоміжних хімічних речовин, таких як зміцнюючі добавки, флокулянти та коагулянти, заміна вторинного волокна первинним целюлозним з дешевої недеревної сировини. Іншим напрямком, який забезпечує зменшення водокористування, є ефективне локальне очищення підсіткових вод з повторним їх використанням в технологічних процесах. Актуальним є також розробка ефективних способів утилізації побічних продуктів процесів очищення стічних вод, виробництва картонно-паперової продукції та целюлозного волокна. Незважаючи на великий обсяг виконаних раніше досліджень, залишаються невирішеними питання, зокрема вибору хімічних речовин для використання у виробництві макулатурного паперу для зменшення втрат волокна, зменшення забрудненості підсіткових вод, збільшення частки використання скопу, що містить велику кількість дрібних волокон, у композиції паперу без втрат його показників міцності та зменшення витрат підготовленої води шляхом заміни на очищену підсіткову. Мало уваги приділено комплексному використанню вітчизняної недеревної рослинної сировини для одержання первинного целюлозного волокна, придатного для заміни неліквідного макулатурного. Важливим та невирішеним є питання використання неволокнистих рослинних відходів у вирішенні проблеми забруднення навколишнього середовища токсичним синтетичними барвниками, які також містяться у стічних водах паперових та картонних виробництв. Другий розділ містить відомості про об’єкти дослідження, матеріали та речовини, що використовувалися в дисертаційних дослідженнях для очищення підсіткових вод від виробництва паперу та картону, одержання зразків паперу та картону, первинного волокна, біосорбентів з неволокнистої рослинної сировини, лігніну з відпрацьованого делігніфікуючого розчину, його карбонізації, утилізації побічних продуктів водоочищення в складі епоксикомпозитів та будівельних сумішей. Наведено методики дослідження структурних та сорбційних властивостей вихідних матеріалів, цільових та побічних продуктів, а також методики очищення підсіткових вод з використанням флокулянтів та коагулянтів. Представлено методи статистичної та математичної обробки експериментальних даних, оптимізації технологічних процесів. У третьому розділі детально досліджено умови використання флокулянтів різної природи для коагуляції дрібного волокна у виготовленні картону тарного з вторинного волокна в композиції зі скопом паперових виробництв за його витрати від 15 до 50 %. Збільшення частки скопу в композиції картону призводить до зниження показників міцності, що є очікуваним з огляду на фракційний склад скопу. За збільшення вимоїв коротких волокон, каламутність підсіткових вод збільшується. Результат використання промислових флокулянтів в обробці макулатурної маси свідчить про їхній неоднозначний вплив, оскільки спостерігається позитивний ефект на якість очищення підсіткових вод, проте відбувається погіршення показників міцності картону. Максимально ефективними виявилися катіонні флокулянти за дози 0,15 % та за вмісту скопу у композиції картону на рівні 15 %. Використання аніонних флокулянтів виявилося малоефективним, що, очевидно, пов’язано з електрокінетичними властивостями флокулянта та волокнистих частинок макулатурної маси, які у водному середовищі набувають негативного заряду, що є причиною виникнення електростатичного відштовхування. Дослідження показують, що за умов використання скопу вторинні волокна та крохмаль не повністю утримуються на сітці. Вміст вуглеводів в підсіткових водах зменшується при переході від нативного до модифікованого крохмалю. У випадку збільшення витрати модифікованих катіонованних крохмалів відбувається зниження каламутності підсіткових вод. В усіх випадках за використання крохмалів зафіксовано зменшення часу зневоднення макулатурної маси на сітці під час формування полотна. За використання катіонних крохмалів з витратою 1,0- 1,3 % було одержано зразки картону макулатурного з необхідними показниками міцності. Результати дослідження використання у композиції картону макулатурного 20 % скопу, а також крохмалів у поєднані з флокулянтами свідчать про ефективність такого поєднання компонентів, що сприяє зменшенню каламутності підсіткових вод. Позитивний вплив флокулянту зафіксовано лише за використання нативного крохмалю. Застосування катіонних флокулянтів у композиції з модифікованими крохмалями є недоцільним, оскільки суттєвого поліпшення процесу з точки зору технічної організації чи ресурсоефективності, чи навіть покращення показників якості кінцевої продукції не відбувається. У результаті модифікування нативного кукурудзяного крохмалю гексаметилентетраміном, гексаметилолмеламіном та епоксипропілтриетаноламонійхлоридом одержано катіонові крохмалі з різним вмістом нітрогену. В усіх випадках використання одержаних модифікованих крохмалів встановлений їхній позитивний вплив на показники каламутності підсіткових вод та якості макулатурного картону. Збільшення витрат крохмалів призводить до збільшення значення показників абсолютного опору продавлюванню та зусилля стиснення на короткій відстані у поперечному напрямі. Аналогічний позитивний вплив на показники міцності має і збільшення вмісту нітрогену в отриманих катіонних крохмалях. Зразки картону, одержані за використання обробленого гексаметилентетраміном крохмалю, за значеннями абсолютного опору продавлюванню відповідають зразкам з нативним кукурудзяним крохмалем. Картон з модифікованим гексаметилолмеламіном крохмалем практично за всіма виміряними фізико-механічними показниками не поступається зразкам з катіонним крохмалем Катіонаміл. За використання крохмалів, модифікованих гексаметилентетраміном, їхній вплив на абсолютний опір продавлюванню може бути співставленним зі значеннями, одержаними за використанні сильнокатіонного крохмалю Церезану. Найкращі результати отримані тільки за використання крохмалю, модифікованого епоксипропілентриетаноламонійхлоридом, застосування якого з витратою 1 % дозволяє значно знизити каламутність підсіткових вод до 26 мг/дм3 . За збільшенням ефективності в підвищенні показників міцності та якості підсіткових вод синтезовані катіоновані крохмалі розташовуються в наступній послідовності: крохмаль модифікований гексаметилентетраміном – крохмаль модифікований гексаметилолмеламіном – крохмаль модифікований епоксипропілтриетаноламонійхлоридом. Результати дослідження процесів освітлення підсіткових вод від виробництва картону з макулатури показали, що найкращими коагулянтами є 1/3 та 5/6 гідроксохлориди алюмінію. Чим більше концентрація завислих речовин у суспензії, тим більшу коагулюючу дію проявляє коагулянт. Під час оброблення води з вмістом завислих речовин 1520 мг/дм3 максимальна ефективність освітлення сягала лише 92,5 %, в той час як для концентрації 3200 мг/дм3 – 98 % за умов однакової витрати коагулянтів. Однак, навіть за цих значень ступеня освітлення, концентрації залишкових завислих речовин сягають 114 та 64 мг/дм3 , відповідно. В окремих партіях освітленої води залишковий вміст завислих речовин сягає 200-400 мг/дм3 , основна частина яких припадає на зміцнюючі добавки та наповнювачі. Результати дослідження свідчать про те, що мінеральні наповнювачі погано видаляються з суспензії як механічними, так і фізико-хімічними методами. Результати дослідження ефективності освітлення промислової підсіткової води свідчать про доцільність проведення попереднього відділення волокнистої фракції з суспензії з наступним видаленням дрібнодисперсних речовин шляхом коагулювання та з наступним фільтруванням. У всіх випадках гідроксохлориди алюмінію значно ефективніше забезпечують видалення завислих речовин. Причому, шляхом двостадійного відстоювання дозу коагулянтів можна знизити з 70-100 мг/дм3 за А12ОЗ до 30 мг/дм3 . Однак у тих випадках, коли у воді є каолін, ефективно освітлювати воду навіть із застосуванням коагулянтів досить складно. Завдання вирішується застосуванні додаткової стадії оброблення - фільтруванні води. Більшість промислових флокулянтів виявилися малоефективними під час освітлення виробничої стічної води через високу залишкову каламутність, яка обумовлена присутністю мінеральних наповнювачів. Флотацією відстояної води з наступним фільтруванням досягнуто суттєве зниження каламутності підсіткових вод. За додаткового використання допоміжних хімічних речовин, ефективність процесу флотації вдалося підвищити. Наступним фільтруванням можна досягти глибокого освітлення води. В четвертому розділі виконано оцінку ефективності очищення підсіткових вод від виробництва картону з первинного целюлозного волокна та встановлено придатність використання волокнистих відходів сільського господарства у вигляді соломи та стебел, а також стебел швидкоростучих технічних рослин для одержання первинного целюлозного волокна, використання якого в композиції паперу та картону дозволить частково або повністю замінити вторинне волокно. Представлені результати розрахунків свідчать про те, що зі збільшенням тривалості варіння ступінь делігніфікації збільшується, але разом з тим, в деякій мірі збільшується і ступінь видалення вуглеводної складової. Збільшення тривалості обробки призводить до зменшення показника селективності. Всі досліджені зразки целюлози характеризуються однаковою тенденцією у зміні оптимальності видалення лігніну та полісахаридів зі збільшенням тривалості обробки і всі одержані залежності проходять через певні максимуми, які відповідають оптимальній тривалості надоцтової делігніфікації. Визначені оптимальні параметри надоцтової делігніфікації, які дозволяють одержати волокнисті напівфабрикати з високими фізико-механічними показниками за прийнятних виходів та вмісту залишкового лігніну. Одержані результати показали, що оптимальними параметрами некаталітичного варіння є концентрація надоцтової кислоти 10,5 % і тривалість 2,0 год. Встановлено, що використання каталізатору дозволяє зменшити концентрацію надоцтової кислоти в реакційній суміші. У випадку використання як каталізатору вольфрамату натрію оптимальна концентрація надоцтової кислоти складає 8,3 %, молібдату натрію – 8,5 %, а змішаного каталізатору – 8,0 %. Виробництво картону тарного зі 100 % целюлози з недеревної рослинної сировини дозволяє одержати кінцевий продукт з високими показниками міцності, що не поступається вимогам діючих технічних вимог. Результати дослідження якості підсіткових вод показали, що використання в композиції тарного картону первинних волокон з недеревної рослинної сировини сприяє зменшенню їхньої забрудненості. Причому збільшення витрат первинного волокна призводить до зменшення каламутності підсіткових вод. Така стічна вода може бути легко освітлена шляхом відстоювання та фільтрування, після чого повернута в технологічний процес для заміни води на спорсках паперо- чи картоноробних машин. П’ятий розділ присвячено розробці способів модифікування неволокнистої рослинної сировини для одержання ефективних біосорбентів – поглиначів синтетичних барвників з підсіткових вод паперових виробництв. Встановлено вплив модифікуючих речовин органічної та неорганічної природи на склад, структуру та сорбційну здатність одержаних продуктів щодо органічних барвників. Визначено закономірності поглинання барвників на лігноцелюлозних та целюлозних сорбентах, досліджено залежності фіксації фарбуючих йонів синтетичних барвників на поверхні біосорбентів в залежності від тривалості процесу. Наведено ізотерми сорбції. Для досліджених зразків одержаних сорбентів процес поглинання органічних синтетичних токсикантів добре описується рівнянням ізотерми Ленгмюра та кінетичним рівнянням псевдо-другого порядку. Шостий розділ присвячено розробці способів утилізації побічних продуктів водоочищення, одержання целюлозного волокна. Досліджено структуру лігніну та його хімічний склад. Показано, що надоцтовий лігнін характеризується наявністю великої кількості оксигеновмісніх функціональних груп, які визначають його сорбційну здатність. Карбонізація лігніну дозволяє підвищити його сорбційні властивості, завдяки утворенню матеріалу з високорозвиненою поруватою поверхнею. Одержаний сорбент на основі надоцтового лігніну характеризується високою сорбційною здатністю, щодо катіонних барвників, які широко використовуються у виробництві паперу та картону. За сорбційною ємністю лігнін майже не поступається, а в деяких випадках перевищує відомі аналоги. Показано, що відпрацьовані матеріали можуть бути ефективно утилізовані як компоненти органічних та неорганічних композитів. Основним ефектом використання відходів целюлозно-паперової промисловості як добавок до будівельних сумішей є прискорення тужавлення, а також твердіння цементних сумішей. Оптимальним є використання волокнистих добавок у кількості, що не перевищує 1 % від маси цементу. Введення скопу паперових виробництв в композицію епоксикомпозиту у кількості 20 % дозволяє підвищити його стійкість до дії агресивних середовищ, таких як органічні розчинники, пероксид водню, нітратна кислота та морська вода. У сьомому розділі представлено схеми технологічних процесів очищення підсіткових вод і наведено їхнє техніко-економічне обґрунтування, яке також підтвердило доцільність повторного використання очищеної підсіткової води як оборотної в технологічних процесах виробництва картонно-паперової продукції. Техніко-економічне обґрунтування свідчить також про доцільність використання допоміжних хімічних речовин та організації процесу локального очищення підсіткових вод для забезпечення економії водних ресурсів в технологічному процесі виробництва картонно-паперової продукції з макулатури. Ефективним з точки зору техніко-економічної оцінки є використання у приготуванні композиції паперової маси 20 % скопу у поєднанні з крохмалем модифікованим епоксипропілтриетаноламонійхлоридом. Такий підхід дозволяє забезпечити відчутну економію у водокористуванні та економію на подальше поводження зі скопом Повторне застосування очищених вод дозволяє забезпечити раціональне їхнє використання, сприяє зменшенню витрат підготовленої води в технологічних процесах. Застосування первинного целюлозного волокна з недеревної рослинної сировини дозволяє відчутно знизити витрати на сировинні ресурси.Документ Відкритий доступ Кондиціонування води для ресурсоефективних екологічно безпечних водоциркуляційних систем(2020) Шуриберко, Марія Михайлівна; Шаблій, Тетяна ОлександрівнаДокумент Відкритий доступ Концентрування та вилучення іонів важких металів із води(2019) Іванова, Вероніка Петрівна; Гомеля, Микола ДмитровичДокумент Відкритий доступ Наукові засади захисту довкілля від забруднення відходами систем водообробки та технологічними розчинами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Радовенчик, Ярослав ВячеславовичРадовенчик Я. В. Наукові засади захисту довкілля від забруднення відходами систем водообробки та технологічними розчинами. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – Екологічна безпека. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України, Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена зменшенню техногенного навантаження на гідросферу шляхом впровадження технологій утилізації та знешкодження відходів систем очищення води та водопідготовки, а також шляхом нетрадиційного вирішення проблем скиду в довкілля значних об’ємів технологічних розчинів різноманітного складу. У першому розділі, присвяченому огляду літературних джерел, показано, що значної шкоди завдають поверхневим водоймам та підземним горизонтами відходи технологій очищення та доочищення води. Підвищення мінералізації вод поверхневих водойм в результаті скиду концентрованих розчинів різноманітного складу та висока природна мінералізація підземних вод в окремих регіонах України вимагає проводити їх пом’якшення перед споживанням. Найбільшого поширення сьогодні набули іонообмінні методи, особливо для систем малої та середньої продуктивності – побутових та офісних. Експлуатація таких систем супроводжується скидом в гідросферу концентратів хлориду натрію з домішками іонів кальцію та магнію, що формує замкнуте коло руху мінеральних речовин в гідросфері. Розроблена достатньо велика кількість технологічних процесів для використання в умовах промислового виробництва не дозволяє забезпечити необхідну ефективність процесів пом’якшення та низьку їх вартість. Тому створення процесів утилізації регенераційних розчинів іонообмінних систем для пом’якшення води складає на сьогодні досить актуальну та вартісну проблему. Спорудження масштабних централізованих систем водопостачання та їх тривала експлуатація призводять до вторинного забруднення питних вод та вимагає їх доочищення в точках водовідбору. Найчастіше в системах доочищення застосовують іонний обмін, сорбцію, мембранні технології, котрі також продукують значну кількість відходів. До сьогодні експлуатація таких систем не супроводжується утилізацією чи знешкодженням твердих та рідких відходів, які утворюються в результаті доочищення води, що наносить довкіллю непоправної шкоди та характеризується нераціональним використанням природних ресурсів. Зважаючи на швидкий ріст масштабів застосування систем очищення води малої та середньої продуктивності, давно назріла проблема знешкодження та утилізації відходів таких технологій. Процес добування корисних копалин шахтним методом практично завжди супроводжується утворенням величезних об’ємів стічних вод із високим вмістом шкідливих речовин. І хоча на сьогодні розроблено достатньо технологій очищення шахтних вод, широкого впровадження вони не отримали через значні об’єми та широкі гами забруднень з різноманітними фізико-хімічними властивостями. Скид таких вод в гідросферу супроводжується забрудненням природних водойм та підвищенням їх мінералізації. У другому розділі наведені відомості про об'єкти дослідження, матеріали та реагенти, що використовувалися в процесі експериментів, методики проведення досліджень та методи математичної обробки експериментальних результатів. У розділі приведені посилання на відомі методи аналізу розчинів та твердих відходів, зазначені стандартні засоби вимірювання, які використовувалися в роботі та приведені схеми нового лабораторного обладнання, розробленого для серій експериментів в об’ємі даної роботи. У третьому розділі викладено наукові основи використання матеріалів з капілярними властивостями в процесах випарювання рідин та знешкодження концентратів різноманітного хімічного складу. Встановлено, що застосування таких матеріалів дозволяє реалізувати прості, ефективні та автономні системи випарювання рідин. Проведені випробування в природному середовищі підтвердили зроблені теоретичні обґрунтування. Використання матеріалів з капілярними властивостями дозволяє не лише випарювати рідини для концентрування розчинів, а й знешкоджувати концентрати шляхом переведення їх в твердий стан. В об’ємі розділу запропоновано кілька конструкцій багатошарових кристалізаторів та кристалізаторів з рухомим полотном. Вони дозволяють механізувати процеси подачі концентратів та видаляти утворену тверду фазу. При цьому за достатньої температури навколишнього середовища обладнання може ефективно працювати без підводу енергії. Для підвищення продуктивності кристалізаторів розроблено конструкцію із верхньою подачею розчинів і без рухомих частин. Зазначена конструкція дозволяє автоматизувати процес випарювання за рахунок регулювання швидкості подачі концентрату. Отримані результати використані при розробці модуля випарювання для промислового використання. При площі модуля 1 м2 і висоті в 1 м він має площу випаровування 15,7 м2 і при різних умовах навколишнього середовища дозволяє забезпечити інтенсивність випаровування в межах 0,95–3,91 дм3 /м2 ·добу. Проведені дослідження достатні для виготовлення модуля випарювання промислового використання. Четвертий розділ присвячено технологічним процесам, що дозволяють знешкодити або утилізувати регенераційні розчини іонообмінних установок пом’якшення води, котрі досить широко застосовуються в побуті та офісах. Приведено результати фракційного випарювання регенераційних розчинів, що містять хлориди натрію, кальцію та магнію. Встановлено, що в отриманому твердому хлориді натрію досить багато домішок іонів кальцію та магнію, що перешкоджає його повторному використанню для приготування регенераційних розчинів. Відомі на сьогодні методи перекристалізації або відмивки в концентрованій соляній кислоті дозволяють отримати реагент, придатний для повторного використання в процесах регенерації іонообмінних фільтрів за умови корегування міжрегенераційного часу. Переведення концентратів у твердий стан дозволяє отримувати значний екологічний ефект. З метою зниження витрат енергії на випарювання рідкої фази проведено дослідження ефективності застосування в якості робочого елементу матеріалів з капілярними властивостями. Встановлено, що їх застосування дозволяє просто та ефективно переводити вміст концентратів в тверду фазу з отриманням чистої води, придатної для приготування нових регенераційних розчинів. Для можливості повторного використання розчинів хлориду натрію та захисту гідросфери від скидів його розчинів запропоновано технологію реагентної обробки з багаторазовим повторним використанням. Для цього з відпрацьованого регенераційного розчину шляхом обробки фосфатом натрію видаляються іони кальцію та магнію. Підібрані умови для забезпечення швидкого відділення утвореної твердої фази від маточного розчину з поверненням його на повторне використання. Шляхом підбору концентрації та складу осаджувача встановлені умови, за яких використання відновленого регенераційного розчину не потребує корегування. Розроблено технологічну схему для реалізації процесів відновлення відпрацьованих регенераційних розчинів. В об’ємі розділу також проведено аналіз відомих сьогодні методів визначення моменту насичення катіоніту іонами кальцію та магнію з метою оперативного та більш ефективного управління іонообмінними установками пом’якшення води. Запропоновано прості та дешеві реагентні та електрохімічні індикатори проскоку іонів кальцію і магнію. У п’ятому розділі запропоновано замінити іонообмінні установки пом’якшення води малої та середньої продуктивності модифікованими реагентними технологіями, що піддаються автоматизації в побутових та офісних умовах. Проведеними дослідженнями встановлено, що застосування содово-натрієвої технології не забезпечує достатньої ефективності в умовах температур природних вод, потребує значної перевитрати реагентів для швидкого формування твердої фази, передбачає кілька етапів обробки води, потребує наступного корегування водневого показника. Більш прийнятним за відсутності тривалого відстоювання та підігрівання значних об’ємів води виявилися фосфати. При їх змішуванні із жорсткою водою тверда фаза формується відразу, забезпечуючи достатню ефективність пом’якшення. Залишкова кальцієва жорсткість при стехіометричному співвідношенні регентів коливається в межах 0,1–0,3 мг-екв/дм3 , магнієва – 0,5–1,0 мг-екв/дм3 . Таких рівнів жорсткості цілком достатньо як для побутової техніки, так і для питної води. Оскільки для питних вод чинними нормативними документами необхідна кальцієва жорсткість для фізіологічної повноцінності мінерального складу води визначається на рівні 1,25–3,75 мг-екв/дм3 , а для магнієвої – 0,83–4,17 мг-екв/дм3 , то проводячи обробку води при дозі реагенту 0,8–1,0 від стехіометрії вдається уникнути перевищення допустимих концентрацій фосфатів в обробленій воді і забезпечити необхідну ефективність пом’якшення. Висока дисперсність частинок фосфату кальцію та фосфату магнію вимагає прийняття додаткових заходів шляхом використання флокулянтів. Дослідженнями встановлено, що найбільш прийнятним варіантом ефективного відділення твердої фази є фільтрування з попередньою обробкою флокулянтом та інкубаційним періодом для формування агрегатів протягом 10–20 хв. Запропоновано технологічну схему розробленого процесу, яка може бути реалізована у вигляді підготовчої стадії обробки води перед системами зворотного осмосу. У шостому розділі вивчено негативний вплив на довкілля систем очищення води малої та середньої продуктивності. Встановлено, що із семи етапів обробки води частковій регенерації піддаються лише мембрани, як найбільш вартісний елемент всієї системи. Проведено оцінку використання елементів кожного етапу, їх негативного впливу на довкілля, можливості знешкодження, утилізації чи регенерації з багаторазовим повторним застосуванням. Запропоновано реагентну та електрохімічну технології регенерації поліпропіленових картриджів етапу механічного очищення, заходи щодо знешкодження та утилізації картриджів комплексного очищення води, гранульованих та пресованих картриджів з активованим вугіллям, досліджено ефективність існуючих мінералізаторів води та запропоновано їх заміну ефективною системою дозування розрахованої кількості відповідних реагентів для отримання фізично повноцінної питної води. У сьомому розділі обґрунтовано нову схему знешкодження шахтних вод шляхом захоронення їх в підземних горизонтах. Сьогодні витрачаються величезні кошти навіть для того, щоб підняти такі води на поверхню. Традиційна технологія передбачає змішування шахтних вод із кількох горизонтів та транспортування отриманої суміші на поверхню для знешкодження чи скидання в поверхневі водойми. Разом з тим, підземні води, що залягають на глибинах до 500–800 м прісні або маломінералізовані і можуть бути після відповідної обробки використані для забезпечення потреб населення чи промисловості. Мінералізовані води, що залягають глибше, можуть бути без обробки закачані у поглинаючі водоносні горизонти, що залягають глибше і відділені від шахтних розробок буферним водоносним горизонтом та двома водотривами. Найбільш раціонально очищення шахтних вод проводити на горизонтах їх утворення, що дозволить не лише отримати якісну воду, знизити затрати на підйом менших об’ємів води, а й захистити поверхневі водойми від забруднення та засолення. Відходи очищення (наприклад, концентрати баромембранних установок) доцільніше приєднувати до потоку вод, що захоронюються. Оскільки мінералізація вод кожного наступного по глибині водоносного горизонту на 3–5 г/дм3 більша від попереднього, то закачування в поглинальний горизонт вод меншої мінералізації не справлятиме негативного впливу на загальний склад води в ньому. Розрахунки показують, що економічний ефект використання такої концепції знешкодження шахтних вод може становити сотні мільйонів гривень за рік лише для однієї шахти.Документ Відкритий доступ Наукові основи зниження екологічних ризиків забруднення атмосферного повітря підприємствами вуглеграфітового виробництва(2021) Іваненко, Олена Іванівна; Гомеля, Микола ДмитровичДокумент Відкритий доступ Наукові основи розробки модифікованих сорбентів неорганічних та органічних забруднювачів у процесах водоочищення(2019) Хохотва, Олександр Петрович; Гомеля, Микола ДмитровичДокумент Відкритий доступ Нові матеріали та процеси в ресурсоефективних технологіях водоспоживання у промисловості(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Голяка, Андрій Вадимович; Гомеля, Микола ДмитровичГоляка А.В. Нові матеріали та процеси в ресурсоефективних технологіях водоспоживання у промисловості. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 «Екологія» . – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вивченню процесів водопідготовки для підживлення теплоенергетичних мереж, зниженню економічних витрат та екологічних збитків при експлуатації даних водоциркуляційних систем у промисловості. За приблизними підрахунками від 70 до 80 % всієї води, яка забирається для потреб різних підприємств, використовується саме для забезпечення водоциркуляційних систем водо- та теплопостачання. При цьому, використовуючи методи водопідготовки, які застосовуються на даний момент часу в Україні, для підтримки сольового балансу в системах потрібно скидати до 25 % від цього об’єму води у водойми, що в свою чергу також підвищує кількість води, яку потрібно забирати на підживлення систем. Окрім цього при експлуатації водоциркуляційних систем також спостерігається хімічне (іони металів що вимиваються і системи і трубопроводів) та фізичне (теплове) забруднення природних водойм. Особливо актуальним стоїть питання захисту обладнання та конструкцій від корозії та накипу, оскільки це призводить до значних і постійно зростаючих матеріальних втрат, особливо у зв’язку з таким фактором як висока корозійна агресивність води і водних розчинів. Саме вдосконалення підходів до протикорозійного захисту теплообмінників, котлів, трубопроводів та іншого обладнання дасть змогу суттєво підвищити термін експлуатації всього необхідного обладнання та значно зменшити матеріальні затрати у галузях енергетики, які використовують дані технологічні рішення. У першому розділі роботи описані системи водо- та теплопостачання, їх класифікація та різновиди і також сучасні методи, підходи та способи кондиціонування води для забезпечення потреб таких систем водою необхідної якості. Для вирішення даних завдань використовують процеси пом’якшення води з використанням хімічних та фізико-хімічних методів, що мають як переваги так і недоліки при їх застосуванні. Виникнення накипу, перегрівання, зменшення потужності та інші проблеми роблять необхідним використання у процесах кондиціонування води стабілізаторів накипоутворення, які повинні мати високу ефективність, не бути агресивними до корозії та не бути токсичними. Швидкість корозії та руйнування обладнання і трубопроводів також посилюється за рахунок наявності у воді корозійно-активних газів. В основному таким газом є розчинений у воді кисень. Хоча його вплив оцінюється двояко: з одного боку кисень виступає як пасиватор корозії – сприяє утворення захисної пасиваційної плівки, з іншого – активний деполяризатор, що викликає посилення корозії. Особливо небезпечним кисень є при підвищених температурах у котлах, теплообмінниках та водопроводах. Для видалення кисню (знекиснення) застосовують фізичні та хімічні методи, їх комбінації та редоксити, які на даний момент вважаються дуже перспективним напрямом досліджень. У другому розділі роботи представлені об’єкти досліджень та методологію, що включає опис, характеристику та фізико-хімічні властивості середовищ, реагентів та матеріалів, які були використані та представлені у наступних розділах дисертаційної роботи. Досліджувалась дистильована, водопровідна та натрій-катіонована вода. Описані методи проведення досліджень та проведення відповідних розрахунків. Також наведені методики контролю концентрацій речовин та фізико-хімічних процесів у воді. У третьому розділі дисертаційною роботи представлені результати досліджень процесів знекиснення води у статичних умовах. Проведені дослідження ефективності знекиснення дистильованої води реагентним методом. Для цього використовувались такі доступні реагенти як сульфіт та метабісульфіт натрію. На першому етапі досліджень використовували сульфіт натрію, концентрація по іонам SO3 2- якого змінювалась в діапазоні від 30 до 300 мг/дм3 . Були побудовані криві окислення сульфіту натрію 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків, розраховані константи швидкості реакції 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків та зроблені висновки щодо процесу проходження реакції та швидкості зв’язування кисню. Досліджувався вплив на швидкість зв’язування кисню сульфітом натрію в статичних умовах фактор присутності іонів каталізатора за різних концентрацій по SO3 2- (50 – 300 мг/дм3 ). Як каталізатор використовувались іони Fe2+ (сульфат заліза). Концентрація по іонам каталізатора змінювалась в діапазоні від 0.1 до 1 мг/дм3 . Також були побудовані криві окислення сульфіту натрію 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків в присутності іонів каталізатора, розраховані константи швидкості реакції 0-го, 1-го, 2- го, 3-го порядків відповідно до кожних із кривих. За результатами експерименту були зроблені висновки щодо каталітичного ефекту присутності іонів заліза (ІІ). Також були визначені порядки проходження реакції та описані лімітуючі фактори для кожного із всієї варіації проведених експериментів. Додатково досліджувався вплив зміни кислотності середовища на проходження процесу знекиснення води сульфітом натрію (200 мг/дм3 ) за наявності іонів каталізатора заліза (ІІ) (0,2; 0.5 мг/дм3 ). Були побудовані криві окислення сульфіту натрію 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків в присутності іонів заліза (ІІ) за різної реакції середовища, розраховані константи швидкості реакції 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків відповідно до кожних із кривих та описаний ефект зміни реакції середовища та його вплив на швидкість проходження процесу знекиснення води при різних показниках реакції середовища. Додатково було проведено дослідження процесу знекиснення води із застосуванням як відновника більш доступного реагенту – метабісульфіту натрію в присутності каталізатора (Fe2+) (100 – 300 мг/дм3 та 0,1 – 0,5 мг/дм3 відповідно). Були побудовані криві окислення метабісульфіту натрію 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків в присутності іонів заліза (ІІ) за різної концентрації, розраховані константи швидкості реакції 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків відповідно до кожних із кривих. Отримані результати порівняно із аналогічними результатами з експериментами із сульфітом натрію та зроблені певні висновки. Також були проведені дослідження процесу вилучення кисню сульфітом натрію в статичних умовах в присутності іншого каталізатора - іонів Co2+ (сульфат кобальту) за різних концентрацій (0,2 – 1 мг/дм3 ) при різних концентраціях по SO3 2- (100 – 300 мг/дм3 ) . Також були побудовані криві окислення сульфіту натрію 0-го, 1-го, 2-го, 3- го порядків в присутності іонів каталізатора, розраховані константи швидкості реакції 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків відповідно до кожних із кривих. За результатами експерименту були зроблені висновки щодо каталітичного ефекту присутності іонів кобальту (ІІ). Були визначені порядки проходження реакції та описані лімітуючі фактори для кожного із всієї варіації проведених експериментів. Результати порівнювались з аналогічними результатами в присутності іншого каталізатора – Fe2+ та були зроблені висновки щодо ефективності їх застосування та інших факторів. Також досліджувався вплив температури на процес зв’язування кисню сульфітом натрію в присутності іонів каталізатора (Fe2+) в статичних умовах в залежності від різних концентрацій відновника та каталізатора (60 – 300 мг/дм3 та 0,2 – 1,0 мг/дм3 відповідно). Були побудовані криві окислення сульфіту натрію 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків в присутності іонів заліза (ІІ) за різної температури, розраховані константи швидкості реакції 0-го, 1-го, 2-го, 3-го порядків відповідно до кожних із кривих та описаний ефект впливу зміни температури на процес зв’язування кисню та зроблені певні висновки. У четвертому розділі дисертаційної роботи проводились дослідження по знекисненню води у динамічних умовах та розробка нових технологічних рішень для ефективного видалення кисню з води, що дозволить суттєво зменшити корозійну агресивність води та збільшити термін експлуатації обладнання при переході до замкнутих систем теплопостачання та охолодження. Були наведені переваги та недоліки знекиснення води в динамічних умовах на редокситах та модифікованому завантаженні та зроблені висновки щодо їх застосування. Було проведено експерименти по дослідженню ефективності знекиснення води на модифікованому завантаженні із залізної стружки. Представлена технологічна схема реалізації процесу видалення кисню на такому завантаженні у дистильованій, водопровідній та натрій-катіонованій воді. Показано, що процес видалення кисню, застосовуючи такий підхід з виставленими параметрами, дозволяє отримати ефективність на рівні 90 – 97 % в залежності від варіацій. При цьому досліди проводились при різній швидкості фільтрування через завантаження, що також описано, та показаний ефект підвищення швидкості фільтрування на якість знекиснення води. Були вивчені процеси знекиснення води в динамічних умовах при дозуванні у воду сульфіту натрію та сульфату заліза. Після додавання реагентів воду пропускали через резервуар, який забезпечував певний час контакту реагетів з водою. Показано, що ефективність знекиснення води залежала від концентрації сульфіту у воді та дози іонів заліза (ІІ), температури води, часу контакту реагентів з водою. Розчини реагентів - сульфіту натрію та сульфату заліза, подавали у потік водопровідної води насосомдозатором шляхом урахування вихідних концентрацій розчинів реагентів, запланованих їх концентрацій у воді, витрати води і підтримання витрати розчину насосом-дозатором. Час контакту реагентів з водою регулювали витратою води. Визначено ефективність комбінованого використання фільтрів із модифікованим залізним завантаженням та дозування відновника у воду для її знекиснення. Воду пропускали через фільтр із модифікованою залізною стружкою. Це забезпечувало розчинення заліза (ІІ) у воді. За різних витрат води контролювали вміст заліза (ІІ), який сягав 0,2 – 0,5 мг/дм3 при використаних витратах води. Далі у воду дозували задану кількість сульфіту натрію. Після проходження контактного резервуару у воді визначали залишкові концентрації кисню та заліза. Показано, що ступінь знекиснення води залежав від температури води, дози сульфіту натрію, витрати води (часу контакту реагентів з водою).Документ Відкритий доступ Окисно – органосольвентні технології перероблення стебел пшеничної соломи(2020) Семененко, Ніна Валеріївна; Трембус, Ірина ВіталіївнаДокумент Відкритий доступ Переробка відходів з використанням феритних матеріалів для захисту довкілля(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Довголап, Сергій Дмитрович; Іваненко, Олена ІванівнаДовголап С.Д. Переробка відходів з використанням феритних матеріалів для захисту довкілля. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 «Екологія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024 р. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми переробки токсичних відходів, а саме розробці комплексної технології знешкодження рідких скидів та газових викидів промислових підприємств феритним методом. Екологічно безпечною може вважатися лише така технологія, застосування котрої не призводить до забруднення навколишнього середовища шкідливими залишками. У випадку утворення таких залишків їх необхідно переводити в речовини, не шкідливі для біосфери, а ще краще повторно використовувати після додаткової обробки в інших технологіях. У Європейських країнах оборот лише промивних вод гальванічних виробництв становить 97-98 % від загальної кількості стоків. В Україні рівень очищення стічних вод і, зокрема, регенерації кольорових металів, становить трохи більше 10 %. Найпоширенішими забрудниками поверхневих вод від металургійної галузі на території України є сполуки таких важких металів як залізо, мідь, хром тощо. Для очищення промислових стоків найширше використовують реагентне очищення. Також розробляються та впроваджуються безреагентні методи: електрохімічний, застосування іонообмінних смол, випарювання, адсорбція, нанофільтрація. Проблема очищення стічних вод від важких металів вирішена тільки частково, бо відсутні «зелені» рішення щодо переробки та подальшого використання відходів водоочищення таких як тверді осади та кислі розчини. Значний вплив на організм людини та стан навколишнього середовища здійснюють газові викиди в промислових районах України, де висока концентрація монооксиду вуглецю спостерігається не лише за рахунок концентрування індустріальних підприємств в трьох областях України таких як Донецька, Запорізька та Дніпропетровська (наразі деяка територія областей знаходиться в окупації), а й через неефективність роботи газоочисних споруд. Тому розробка екологічно безпечної технології переробки рідких відходів металургійного виробництва є актуальною з огляду високоефективного очищення стічних вод та результативного використання твердих відходів водоочищення для каталітичного знешкодження небезпечних викидів монооксиду вуглецю. У першому розділі описана основна небезпека для навколишнього середовища від скиду стічних вод гальванічного виробництва та наведена класифікація стічних вод гальванічного виробництва за критеріями їх утворення. Окремо було надано характеристику методам очищення стоків гальванічного виробництва. Найбільшого поширення в практиці очищення стічних вод від іонів важких металів отримав реагентний метод, що полягає у переведенні розчинних речовин у нерозчинні при додаванні різних реагентів з подальшим відокремленням їх у вигляді осадів. Однак недостатній у багатьох випадках ступінь очищення стоків, великий об’єм та труднощі зневоднення осадів знижують позитивний ефект. Одним з рішень подальшого промислового використання осадів є застосування феритного методу. Феритний метод очищення стічних вод базується на сорбції іонів важких металів гідрооксидами заліза та утворенні феритів, за якими йде топохімічна реакція захоплення сорбованих речовин кристалічною решіткою фериту. Механічні методи були описані як додаткові методи для підтримки стабільності роботи реагентних або фізико-хімічних методів. Фізико-хімічні методи відіграють істотну роль в обробці виробничих стічних вод. До них належать такі: коагуляція та флокуляція, сорбція, іонний обмін, адсорбція, електрохімічні та мембранні методи. Одним з сучасних методів є електрохімічне очищення шляхом електролізу, що вирізняється перспективністю та екологічною доцільністю. На основі проведення аналізу та систематизації літературних джерел зроблено висновок, що є доцільним проведення дослідження, присвяченого електрохімічному очищенню залізосульфатвмісних стоків з подальшим використанням розчинів сульфатів заліза (ІІ) та заліза (ІІІ) для отримання феритних матеріалів як товарного продукту. Вказані дослідження дозволять забезпечити комплексне ефективне очищення стоків від гальванічного виробництва та скоротити витрати на реалізацію. У даному розділі був проведений аналіз сорбційних методів, були визначені переваги та недоліки іонообмінного очищення води, показано перспективи методу при розділенні іонів важких металів. Проведений аналіз літературних джерел щодо технологій розробки та використання каталізаторів для окиснення СО на основі феритних матеріалів і впливу технологічних процесів на ефективність каталізаторів показав актуальність використання феритних відходів водочищення для знешкодження газоподібних токсичних викидів. В другому розділі дисертаційної роботи представлені об’єкти досліджень, що включають в себе опис, характеристику, властивості досліджуваних середовищ, матеріалів та реагентів, що використовувалися та представлені в наступних розділах дисертації. У розділі описані методології проведення іонообмінної та електрохімічної переробки рідких металовмісних відходів, очищення води сорбційними методами. Наведені методики осадження феритних осадів та нанесення їх на носії з подальшим використанням в якості каталізаторів окиснення СО. Наведий перелік нормативних документів, на якому ґрунтувалися дослідження екологічних ризиків на ПрАТ «Укрграфiт». Третій розділ роботи присвячений дослідженню ефективності очищення сульфатвмісних кислих розчинів від катіонів заліза (ІІ) та міді (ІІ). В якості іонообмінної смоли був застосований катіоніт Dowex HCR S/S в Н+ -формі. Для регенерації використовували 5 та 10 %-вий розчини сульфатної кислоти. Дослідження були розбиті на 4 окремих складових вилучення катіонів заліза з концентрацією 1 г/дм3, де концентрація сірчаної кислоти варіювалася від чистої проби без кислоти до 3,5 г/дм3 сірчаної кислоти, та 5 г/дм3 в діапазоні концентрації сірчаної кислоти від 0,5 г/дм3 до 13 г/дм3. Вилучення іонів міді концентрацією 0,8-1 г/дм3 відбувалось з розчинів без кислоти та з концентрацією сірчаної кислоти 1,2 г/дм3. Проводилось також сумісне вилучення іонів заліза та міді в пристуності сірчаної кислоти. Визначена ефективність регенерації катіоніту з метою отримання концентрованих залізовмісних та мідьвмісних регенераційних розчинів для реалізації феритного методу з метою отримання феритних частинок (магнетиту) з максимальними магнітними властивостями. Розроблена та обґрунтована технологічна схема «зеленої» переробки відходів гальванічного виробництва. В третьому розділі значна увага приділена електродіалізному та феритному методу знешкодження промислових залізовмісних сульфатних розчинів. Досліджено вплив концентрацій розчину сульфату заліза (ІІ) в катодній камері та сульфатної кислоти в анодній камері в двокамерному електролізері на процес розділення домішок з врахуванням заміни анодного матеріалу з титану на свинець. Показано можливість окиснення іонів заліза (ІІ) в анодній камері двокамерного електролізеру в присутності сульфатної кислоти в катодній камері. Значну увагу було приділено дослідженню фізико-хімічного стану феритного матеріалу, одержаного з товарного продукту електродіалізу – концентрованого розчину сульфату заліза (ІІІ). Як підсумок попередніх досліджень, було запропоновано технологічну схему комплексного знешкодження промислових залізовмісних сульфатних розчинів з отриманням продуктів, придатних для повторного використання. Четвертий розділ роботи присвячений дослідженню каталізаторів для окиснення СО з димових газів. Визначено фазовий склад зразку цеоліту до та після термообробки, проведено мікрорентгеноспектральний аналіз поверхні та зламу модифікованого феритними матеріалами цеоліту. Після структурних досліджень каталізаторів представлено результати моделювання процесу окиснення СО, на основі яких було створено 3D–модель багатокамерної печі випалу типу Рідгамера з конструкційними особливостями розташування каталітичних реакторів у вогневих каналах печі. Значну увагу в розділі приділено дослідженню активності волокнистих каталізаторів у реакції окиснення СО з концентраціями 1 -2 % залежно від нанесеного каталітично активного компонента - феритного матеріала без попередньої обробки. Представлено характеристики керамоволокна та процес нанесення на волокно каталізаторів з подальшим мікрорентгеноспектральним аналізом поверхні волокна. Каталізатори на керамоволокнистому носії показали високі результати ефективності, в окремих випадках досягається практично 100 %-ва конверсія СО, в результаті чого була розроблена схема розташування волокнистого каталізатора для знешкодження СО димових газів в печах графітування. П’ятий розділ дисертаційної роботи присвячений дослідженню екологічних впливів забруднюючих речовин, що присутні у викидах ПрАТ «Укрграфіт». В розділі наведені основні технологічні процеси та їх шкідливі викиди із зазначеним складом. Наведена оцiнка ризику дiяльностi для здоров’я експонованого населення та зроблена ідентифікація небезпеки щодо оцінки токсичності викидів від стаціонарних джерел ПрАТ «Укрграфіт». Зроблений розрахунок розсiювання забруднюючих речовин в атмосферi з використанням автоматизованої системи розрахунку забруднення атмосфери «ЕОЛ-2000», та, як підсумок, наведені рекомендації щодо зниження ризиків.Документ Відкритий доступ Підвищення екологічної безпеки виробництва паперу та картону із вторинної сировини(2018) Остапенко, Аліна Анатоліївна; Барбаш, Валерій АнатолійовичДокумент Відкритий доступ Ресурсоощадна технологія одержання наноцелюлози із недеревної рослинної сировини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Ященко, Ольга Василівна; Барбаш, Валерій АнатолійовичДокумент Відкритий доступ Розробка технологій одержання із недеревної рослинної сировини наноцелюлози та її використання у виробництві паперу і картону(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Якименко, Ольга Сергіївна; Барбаш, Валерій АнатолійовичЯкименко О.С. Розробка технологій одержання із недеревної рослинної сировини наноцелюлози та її використання у виробництві паперу і картону. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 «Хімічна технологія та інженерія» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Концепція циркулярної економіки передбачає замкнутий кругообіг речовин у природі і максимальне збереження сировини в процесах виробництва товарів широкого споживання, до яких відноситься, зокрема, картоннопаперова продукції. У світовій целюлозно-паперовій промисловості основним джерелом для виробництва паперу і картону залишається целюлоза із хвойних і листяних порід деревини. У контексті стійкого розвитку та збереження лісових ресурсів актуальною проблемою для України, як країни з розвинутим сільським господарством, є розробка екологічно безпечних технологій виробництва целюлозовмісних матеріалів із недеревної рослинної сировини (НДРС), яка має низьку вартість у порівнянні з деревиною і щорічно відновлюється. Для досягнення необхідних показників якості паперу і картону у процесі їх виробництва, як правило, додають різні хімічні допоміжні речовини (ХДР) із вичерпних джерел – нафти, газу, вугілля, що призводить до забруднення довкілля. В останні роки в світовій практиці активно розвиваються дослідження, спрямовані на переробку рослинної сировини у целюлозовмісні матеріали з високою доданою вартістю, зокрема у наноцелюлозу (НЦ), що має унікальні властивості: високі значення модулю пружності, висока питома поверхня, оптична прозорість, хімічна реакційна здатність, низький коефіцієнт теплового розширення, здатність до біологічного розкладання і біосумісність, низька легкість і вартість виробництва в порівнянні із синтетичними полімерами. До асортименту багатотоннажної картонно-паперової продукції відносяться такі технічні її види, як: електроізоляційний папір, папір-основа для шпалер, папір для пакування харчових продуктів, картон для плоских шарів гофрокартону, картон тарний вологостійкий, тощо. Для досягнення передбачених стандартами специфічних показників якості такої продукції необхідна наявність розроблених відповідних ресурсозберігаючих технологій їх виробництва, зокрема з використанням наноцелюлози для покращення показників якості паперу і картону та зменшення витрати шкідливих синтетичних ХДР. Тому розробка екологічно безпечних способів одержання із НДРС целюлози і наноцелюлози та використання їх у виробництві паперу і картону є актуальною науково-практичною задачею. Мета дисертаційної роботи полягає в науковому обґрунтуванні розроблення інноваційних технологічних підходів до отримання з вітчизняної недеревної рослинної сировини наноцелюлози та визначення оптимальних її витрат в композиції технічних видів паперу і картону для досягнення їх експлуатаційних характеристик. Для реалізації мети було сформульовано наступні завдання: 1. Удосконалити методику одержання із пожнивних решток кукурудзи, стебел соняшника, очерету, волокон конопель целюлози, придатної для подальшої екстракції з неї наноцелюлози. 2. Визначити вплив технологічних параметрів процесів одержання наноцелюлози методами гідролізу розчинами сульфатної кислоти, окиснення в середовищі 2,2,6,6-тетраметилпіперидин-1-оксилу (ТЕМПО) та глибоких евтектичних розчинників (DES) на показники її якості. 3. Встановити вплив додавання отриманої наноцелюлози у волокнисту композицію і на поверхню зразків паперу і картону на показники їх якості та на зменшення витрат шкідливих хімічних допоміжних речовин. 4. Визначити точки введення наноцелюлози у технологічні потоки виробництва паперу і картону. Об’єкт дослідження – екологічно безпечні процеси перероблення НДРС у целюлозу і наноцелюлозу та використання їх у виробництві масових видів паперу і картону. Предмет дослідження – технологічні параметри процесів одержання з вітчизняної НДРС целюлози і наноцелюлози та рекомендованих їх витрат у процесах виробництва масових видів картонно-паперової продукції. Наукова новизна отриманих результатів: - теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено доцільність комбінування стадій лужної обробки та пероцтового варіння з метою отримання целюлози з пожнивних решток кукурудзи, стебел соняшника, очерету та волокон конопель, придатної для екстракції з неї наноцелюлози; - встановлено зростання показників якості наноцелюлози (щільності, міцності на розрив, прозорості, індексу кристалічності, термічної стабільності) у такій послідовності залежно від середовища її одержання: глибоких евтектичних розчинників – 2,2,6,6-тетраметилпіперидин-1-оксилу – сульфатної кислоти; - встановлено лінійну кореляцію між міцністю на розрив і прозорістю наноцелюлози та щільністю наноцелюлозних плівок. Удосконалено та отримало подальший розвиток: - способи одержання органосольвентної целюлози, визначено оптимальні параметри органосольвентного варіння різних представників НДРС для одержання целюлози з мінімальним залишковим вмістом лігніну та зольності; - способи одержання картонно-паперової продукції широкого споживання з використанням наноцелюлози як зміцнюючого реагенту для заміни традиційних та небезпечних для навколишнього середовища синтетичних хімічних допоміжних речовин. В першому розділі дисертаційної роботи описано сучасний стан із використанням НЦ у виробництві паперу і картону. Виконано порівняльний аналіз характеристик рослинної сировини для одержання целюлози для виготовлення НЦ. Описано характеристики методів отримання різних видів НЦ із рослинної сировини. Охарактеризовано наноцелюлозу як зміцнюючу добавку в композиції паперу та картону. Обґрунтовано вибір напряму досліджень. В другому розділі дисертаційної роботи розглянуто об’єкти, методи та методики досліджень. Наведено характеристики вихідної рослинної сировини. Описано методи одержання органосольвентної целюлози з НДРС, та НЦ як з деревної, так і з недеревної целюлози. Описано методики виготовлення картонно-паперової продукції за використання НЦ та прилади контролю. Описано методи математичної обробки результатів експериментальних даних. Третій розділ присвячено одержанню целюлози і НЦ із досліджених представників вітчизняної НДРС: із пожнивних решток кукурудзи, стебел соняшника та очерету, конопляних волокон методами кислотного гідролізу та окислення в середовищі ТЕМПО, а також НЦ з сульфатної хвойної невибіленої целюлози. Визначено оптимальні значення параметрів відповідних технологічних процесів. Четвертий розділ присвячено розробці технологій використання НЦ із НДРС у композиції паперу і картону, зокрема: паперу для пакування харчових продуктів, паперу-основи для шпалер, електроізоляційного паперу, картону для плоских шарів гофрокартону і тарного макулатурного вологостійкого. Запропоновано технологічні схеми виробництва паперу і картону з використанням наноцелюлози із НДРС в їх волокнистих композиціях. Показано, що економічний ефект від використанням очеретяної НЦ в композиції паперу для пакування харчових продуктів масою 110 г/м2 для виробництва пакетів для фасування бакалійних виробів масою до 5 кг продуктивністю 50 тис. т на рік становитиме до 1,5 млн. грн. на рік.Документ Відкритий доступ Системний аналіз природно-техногенної безпеки гідровузлів України(2016) Бенатов, Даніель Емілович; Качинський, Анатолій Броніславович; Кафедра екології та технології рослинних полімерів; Інженерно-хімічний факультет; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"Документ Відкритий доступ Створення комплексної технології стабілізаційної обробки води для водоциркуляційних систем(2017) Оверченко, Тетяна Анатоліївна; Гомеля, Микола Дмитрович; Кафедра екології та технології рослинних полімерів; Інженерно-хiмiчний факультет; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»