Зниження екологічних ризиків засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами

Ескіз

Файли

Vakulenko_dys.pdf (2.76 MB)

Дата

2023

Автори

Науковий керівник

Гомеля, Микола Дмитрович

Назва журналу

Номер ISSN

Назва тому

Видавець

КПІ ім. Ігоря Сікорського

Анотація

Вакуленко 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.

Опис

Ключові слова

мембранні процеси, зворотній осмос, мембранні методи, очищення води, очищення стічних вод, демінералізація води, зміна рН, іоннообмінна сорбція, шахтні води, екологічні ризики, membrane processes, reverse osmosis, membrane methods, water purification, wastewater treatment, water demineralization, changing the pH, ion exchange sorption, mine waters, environmental risks

Бібліографічний опис

Вакуленко, А. К. Зниження екологічних ризиків засолення поверхневих вод концентрованими сольовими відходами : дис. … д-ра філософії : 101 Екологія / Вакуленко Анна Костянтинівна. – Київ, 2023. – 214 с.

URI

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/62461

DOI

Зібрання

Дисертації (ЕТРП)
Дисертації (вільний доступ)