Дисертації (ЕТРП)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Дисертації (ЕТРП) за Назва
Зараз показуємо 1 - 17 з 17
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
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 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 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 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 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»Документ Відкритий доступ Створення наукових основ ресурсоефективних екологічно-безпечних технологій використання води у промисловості(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Трус, Інна МиколаївнаТрус І.М. Створення наукових основ ресурсоефективних екологічно-безпечних технологій використання води у промисловості. – 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» МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена створенню наукових основ ресурсоефективних екологічно-безпечних технологій використання води у промисловості та направлена на вирішення актуальної проблеми – розширення державного фонду джерел водозабезпечення промисловості та населення України шляхом створення і реалізації проєктів освоєння альтернативних джерел водопостачання, захисту водних екосистем від шкідливого впливу забруднених стічних вод в умовах дефіциту водних ресурсів держави, військових дій, аварійних ситуацій та інших загроз національній безпеці України. Сучасний стан з водозабезпеченням в Україні давно викликає стурбованість фахівців. Інтенсивне забруднення поверхневих водойм, значна мінералізація та забруднення підземних вод, відсутність ефективних та екологічно безпечних технологій водопідготовки створюють безвихідну ситуацію, котра змушує споживати неякісну воду або подавати її в досить обмежених об’ємах. Проблема поглиблюється ще й тим, що хімічний склад вод в різних регіонах України досить різноманітний. І якщо для сходу більш раціональним є використання в якості джерел водопостачання мінералізованих шахтних вод та вод поверхневих водойм, то захід та південь орієнтовані більше на використання вод із підземних горизонтів, які також мінералізовані та мають підвищену жорсткість. На вирішення приведених проблем, розробку комплексної маловідходної технології водоочищення, придатної до використання в усіх регіонах України і орієнтована дана робота. В роботі вивчені процеси демінералізації природних та стічних вод та розроблені маловідходні технології кондиціювання шахтних та інших мінералізованих вод, які в умовах обмежених запасів прісних вод практично без очищення скидаються в природні водойми, погіршуючи і без того невисоку якість води в них. Крім того, одночасно будуть вирішуватись проблеми демінералізації артезіанських, ґрунтових та морських вод з отриманням технічної та питної води високої якості. В роботі також передбачено розробку технологій утилізації чи знешкодження рідких та твердих відходів, що утворюються в процесах водопідготовки з отриманням корисних продуктів, що є обов’язковим при створення маловідходних технологій. Використання отриманих результатів роботи дасть можливість створити наукові основи організації комплексних безвідходних систем водокористування у гальванічних виробництвах, визначити основні закономірності очищення води від біогенних елементів з перспективою отримання матеріалів для виробництва рідких добрив, створити нові реагенти, матеріали та технології стабілізаційної обробки води, зменшити її корозійну агресивність для забезпечення ефективного екологічнобезпечного використання води у промисловості і надійному захисті природних водойм від антропогенного забруднення. У першому розділі наведені дані про стан водних ресурсів України. Розглянуті методи вилучення з води органічних та неорганічних полютантів, що дозволяють запобігти кількісному та якісному виснаженню водних ресурсів та підвищити ефективність управління водними ресурсами для безперебійного забезпечення промислових підприємств водою. Обґрунтовано вибір підходів і технологій для забезпечення раціонального використання природних вод та повернення промислових стічних вод у виробництво, що суттєво розширює існуючі фонди джерел водопостачання та знижує антропогенний тиск на водні екосистеми. У другому розділі наведені відомості про об’єкти і методи досліджень. Описані кількісні характеристики водних середовищ, що використовувались в процесі виконання досліджень. Детально описані методики синтезу алюмінієвих коагулянтів – гідроксоалюмінату натрію, 5/6 гідроксохлориду алюмінію, гідроксоалюмінату кальцію. Наведено перелік приладів і обладнання та його технічні характеристики, що використовуються в роботі під час проведення дослідів. Проведено аналіз природних та стічних вод, які є перспективними для використання в якості джерел водопостачання, запропоновано склади модельних розчинів для детального вивчення процесів водоочищення. Ґрунтовно описані матеріали та установки, що використовувались для проведення досліджень, включаючи фізико-хімічні властивості іонітів, властивості гетерогенних іонообмінних мембран та мембран зворотньоосмотичного очищення води та ін. Наведено схеми та опис лабораторних установок іонообмінного, електрохімічного, баромембранного і реагентних процесів очищення води, детально описані методики реалізації даних процесів. Методологія проведення експериментальних досліджень основана на аналізі характеристик водних середовищ, наведені методи та описані формули, що дозволяють визначити основні кількісні та якісні параметри дослідження. Для підтвердження достовірності отриманих даних представлено методи їх математичної обробки. У третьому розділі на основі розрахунків з врахуванням хімічного складу, об’єму та корозійної агресивності води, критеріїв термостабільності визначені вимоги води в системі та в підживлюючій воді для відкритих і замкнутих систем. Показано, що при сумісному застосуванні алюмінієвих коагулянтів з вапном, содою чи лугом ефективність пом’якшення гідрокарбонатно-кальцієвих вод збільшується більше ніж вдвічі. Визначено умови ефективного очищення концентратів від сульфатів при застосуванні гідроксоалюмінату натрію і гідроксохлоридів алюмінію чи сумісно гідроксоалюмінату натрію й гідроксохлоридів алюмінію, металевого алюмінію, гідроксиду алюмінію, вапна, для оптимізації розрахунку доз реагентів використовується повний факторний план. Проведене випробування щодо підвищення ефективності знесолення води при використанні магнезиту, а також при попередній обробці гідроксиду алюмінію вапном в присутності соди. Розроблено спосіб стабілізаційної обробки води при використанні слабокислотного катіоніту в кислій формі. Даний метод є перспективним для обробки прісних вод з незначною різницею між загальною та карбонатною жорсткістю забезпечує повну декарбонізацію води, а в сольовій формі забезпечує її ефективне пом’якшення при підвищенні рН середовища. Експериментально підтверджена доцільність застосування високоосновних аніонітів у основній формі для пом’якшення вод, що містять високі концентрації аніонів сильних кислот, насамперед хлоридів і сульфатів. На основі отриманих даних запропоновано технологію іонообмінного розділення аніонів стічних вод з повною переробкою утворених відходів у цільові продукти. Зроблено оцінку ефективності використання стабілізаторів накипоутворення для високомінералізованих вод та запропоновано спосіб підвищення їх стабілізаційного і протинакипного ефектів при обробці ультразвуком чи озонуванням. Створено новий доступний стабілізатор осадковідкладень на основі дисульфонату натрію. У четвертому розділі показано, що при використанні мінералізованих вод єдиним ефективним способом захисту сталі від корозії у водному середовищі при підвищених температурах є надійне знекиснення води. Проведені дослідження показують, що сульфіт-аніони досить повільно реагують із киснем у воді, що знижує їх ефективність при знекисненні води. Даний процес можна прискорити у випадку присутності каталізаторів – йонів заліза чи кобальту у невисокій концентрації. Інноваційним технічним рішенням проблеми знекиснення води є розроблений спосіб, що передбачає дозування у воду бісульфіту натрію, йонів кобальту або заліза з подальшим фільтруванням води через аніоніт у сульфітній формі, що забезпечує економну витрату реагенту та значне збільшення фільтроциклу. У п’ятому розділі визначено ефективність іонного обміну при вилученні ВМ із води, показано високу ефективність сильнокислотних катіонітів для вилучення йонів свинцю із води та слабокислотних катіонітів для концентрування йонів свинцю із надрозведених розчинів при застосуванні стадій сорбції та десорбції. Встановлено, що при використанні сильно- та слабокислотних катіонітів для вилучення з води йонів кадмію, цинку та нікелю селективність іонітів була вищою по іонах кадмію. Досліджено процеси десорбції йонів цинку, кадмію та нікелю розчинами соляної кислоти та хлориду амонію, при цьому ступінь вилучення важких металів залежить від форми іоніту. Для вилучення і концентрування йонів міді, кадмію, цинку та нікелю застосування фільтрів змішаної дії дозволяє вилучити дані катіони від 50 мкг/дм3 до рівня 0,05 мкг/дм3. Встановлено, що на сорбцію іонів ВМ суттєва впливає присутність йонів жорсткості, що обумовлює зниження ефективності іонообмінного вилучення йонів ВМ з води, де присутні йони жорсткості. Вибір необхідного комплексону дозволяє повністю вилучати йони важких металів з води методами нанофільтраційного очищення. Показано, що НТМФК є ефективним для вилучення йонів нікелю, ОЕДФК – для вилучення йонів кадмію, НТМФК та ОЕДФК –для вилучення йонів міді. Визначено ефективність процесів вилучення важких металів з води при висадженні фероціанідом калію. Для забезпечення високої ефективності процесу флотації, селективності збирачів, зниження втрат флотаційного реагенту, досягнення оптимальних якісно-кількісних показників необхідно для вибору та наукового обґрунтування реагентів, які застосовуються в якості ПАР, використали квантовохімічні розрахунки методом неемпіричної молекулярної динаміки по програмі HyperChem. Розроблено надійні, екологічно безпечні і економічно вигідні методи глибокого очищення води від йонів важких металів у присутності йонів жорсткості при застосуванні сорбентів на основі магнетиту, які отримані при різних співвідношеннях концентрацій Fe2+ й Fe3+ в магнетиті та модифікованих сульфідом натрію, гуанідіну і тіосемікарбазіду. Встановлено, що при застосуванні модифікованих сорбентів на основі магнетиту можна знизити концентрацію важких металів до 1,2 мкг/дм3. Запропоновані технологічні схеми глибокого очищення води від йонів важких металів, що дозволяють отримувати очищену воду високої якості. У шостому розділі показано недоцільність використання катіонітів для вилучення йонів амонію. Досліджено ефективність процесів окислення амонію в однокамерному і двокамерному електролізерах в залежності від складу розчинів. Доведено, що наявність в розчині сульфатів сповільнює процес окислення амонію, тобто вони є інгібіторами процесу, а хлориди навпаки пришвидшують даний процес, тобто є каталізаторами, що дозволяє зменшити витрати електроенергії. Вивчено процеси сорбції нітратів та показано, що низькоосновний аніоніт Dowex Maraton WBA і високоосновний аніоніт АВ-17-8 мають високу ефективність їх сорбції в хлоридній формі. Показано, що ефективність розділення сульфатів і нітратів на високоосновному аніоніті аніоніті АВ-17-8 у NO3 - формі є високою за концентрації сульфатів та нітратів нижче 800 й 100 мг/дм3, відповідно та залежить від величини та співвідношення їх концентрацій у воді. Встановлено, що основною перевагою низькоосновного аніоніту DOWEX MARATHON WBA в Cl- формі при очищенні води від фосфатів є його високий ступінь ефективності регенерації, як в слаболужних, так і лужних середовищах. Застосування аміаку і хлориду натрію дозволяє досягти ступеня регенерації понад 97 %. Для впровадженням маловідходних технологій запропоновано методи переробки регенераційних розчинів для виробництва рідких добрив. Показано придатність застосування високоосновного аніоніту в хлоридній та основній формах для очищення води від фосфатів. Встановлено, що ємність аніоніту майже не залежить від його форми, проте виявляє значну залежність від наявності сульфатів, які є конкуруючими іонами, в зв’язку з чим метод перспективний тільки при концентрацій сульфатів < 1,0 мг-екв/дм3. Виявлено, що розчини Na2CO3, NaCl, NH4Cl, (NH4)2SO4, KOH, дозволяють досягти повну десорбцію фосфатів із аніоніту. Визначено перспективи застосування відпрацьованих регенераційних розчинів виробництва рідких добрив. Отримані результати використано в технології іонообмінного очищення питної води від нітратів, та в технології вилучення нітратів і фосфатів при доочищенні стічних вод. Обґрунтовано застосування методів електрокоагуляції в процесах ефективного вилучення фосфатів із розчинів у вигляді осаду. Даний метод забезпечує ефективність процесу на рівні ~ 99 %. Показано, що застосування алюмінієвих електродів в процесі висадження фосфатів є більш ефективним в порівнянні з стальними анодами. Експериментально підтверджено, що електроди не пасивуються при наявності у розчині чи слабокислому середовищі хлоридів, як наслідок, це дозволяє пришвидшити процеси електрокоагуляції. Розроблені принципові маловідходні технологічні схеми очищення води від нітратів та фосфатів. У сьомому розділі показано можливість переробки електрохімічним методом у двокамерному електролізері, що має аніону мембрану, вод різної мінералізації чи навіть концентратів мембранного знесолення. Даний метод дозволяє ефективно знесолити воду та отримати окислені сполуки хлору. Показано, що інтенсивність окислення хлоридів знижується при наявності в концентраті йонів жорсткості та підвищується при збільшенні початкової концентрації хлоридів в розчині і підвищенні анодної густини струму. Визначено перспективність застосування при електрохімічному окисленні хлоридів високоосновного аніоніту АВ-17-8, який внаслідок фіксації окислених сполук хлору на аніоніті дозволяє знизити втрати активного хлору в результаті дегазації. Підтверджено доцільність застосування трикамерних електролізерів з двома аніонними мембранами в процесах демінералізації розчинів, які мають високий вміст хлоридів та сульфатів і значний рівень жорсткості. Показано, що ні введення магнезиту, ні концентрація лугу понад 0,1 г-екв/дм3 в катодній області на даний процес не впливають. Даний метод є перспективним та вирішує проблему знесолення мінералізованих вод. Встановлено, що в процесі електролізу можна отримувати сірчану кислоту і луг та підвищувати їх концентрацію 45 % при використанні двохкамерного електролізера з іонообмінною мембраною. Розроблені методи утилізації осадів, що утворюються при очищенні мінералізованих, шахтних вод та вод у промисловості будівельних матеріалів. Показана перспективність їх застосування як добавки-розширювача для розширливих і тампонажних цементів; замінника природного гіпсового каменю; активатора тверднення цементів з активними мінеральними добавками; добавки-прискорювача тужавлення в складі бетонів і розчинів, що призначені для торкретних робіт.Документ Відкритий доступ Інтегрований комплекс сенсорних пристроїв для системи моніторингу хлору та сірководню в атмосферному повітрі(2021) Лінючев, Олександр Генадійович; Гомеля, Микола ДмитровичДокумент Відкритий доступ Інтенсифікація процесів очищення води від сполук заліза та марганцю(2019) Твердохліб, Марія Миколаївна; Гомеля, Микола Дмитрович