Захист водних екосистем від забруднення мінералізованими стічними водами

Ескіз

Файли

Kryzhanovska_dys.pdf (4.38 MB)

Дата

2024

Автори

Науковий керівник

Гомеля, Микола Дмитрович

Назва журналу

Номер ISSN

Назва тому

Видавець

КПІ ім. Ігоря Сікорського

Анотація

Дисертаційна 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.

Опис

Ключові слова

шахтні води, високомінералізовані води, електрохімічні процеси, мембранна очистка, маловідходні технології, катод, анод, щільність струму, електролізер, гіпохлорит натрію, активний хлор, коагулянт, іонообмінна мембрана, концентрування, червоний шлам, mine water, highly mineralized water, electrochemical processes, membrane purification, low-waste technologies, cathode, anode, current density, electrolyzer, sodium hypochlorite, active chlorine, coagulant, ion exchange membrane, concentration, red mud

Бібліографічний опис

Крижановська, Я. П. Захист водних екосистем від забруднення мінералізованими стічними водами : дис. … д-ра філософії : 101 Екологія / Крижановська Яна Павлівна. – Київ, 2024. – 216 с.

URI

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/66788

DOI

Зібрання

Дисертації (ЕТРП)
Дисертації (вільний доступ)