Науково-методологічні основи екологічно безпечних технологій очищенння стічних вод сорбентами мінерально-сировинної бази України

Abstract

Дисертація розглядає розроблення науково-методологічних основ екологічно безпечних технологій очищення стічних вод сорбентами мінерально-сировинної бази України, теоретичні та експериментальні дослідження процесів адсорбційного очищення рідинних середовищ в системах з природними дисперсними сорбентами, процеси модифікування цих сорбентів та процеси розділення багатокомпонентної системи від забрудників методом селективної адсорбції (промислової хроматографії). Вирішена науково-технічна проблема дала змогу розробити та впровадити високоефективні технології очищення стоків, забруднених барвниками, органічними розчинниками та радіонуклідами, які є одними із найнебезпечніших забрудників гідросфери. Теоретично та експериментально досліджено процеси кислотного модифікування бентонітів за умов використання реактора з мішалкою та кульового млина. Встановлені оптимальні умови його перебігу, розроблені адекватні математичні моделі, встановлені значення кінетичних коефіцієнтів та запропоновані принципові технологічні схеми реалізації цих процесів. Розроблені теоретичні основи моделювання процесів очищення рідинних середовищ адсорбцією природними сорбентами. Запропонована математична модель процесу для встановлення лімітуючої стадії на основі розрахунку зовнішньодифузійних параметрів (на основі теорії локальної ізотропної турбулентності для апаратів з механічними пристроями) та внутрішньодифузійних параметрів (із використанням теоретичних розрахунків ефективних коефіцієнтів внутрішньої дифузії). Досліджено сорбцію Сs та Sг на модифікованих глинистих мінералах та встановлено оптимальні умови процесу. Доведено, що у разі застосування модифікованих глинистих сорбентів не спостерігається вторинне забруднення води металами-модифікаторами. Проведено ідентифікацію експериментальних даних адсорбції радіонуклідів існуючим теоретичним ізотермам сорбції. Досліджені аспекти використання рідинної хроматографії в промислових умовах для розділення суміші органічних розчинників. Рішення адсорбційної моделі використані для прогнозування конкурентної рівноваги адсорбції розчину та активного компонента рухомої фази на основі ізотерм адсорбції, а стандартні ізотерми адсорбції визначені на підставі додаткових даних адсорбції, виміряних в інертній системі. Запропоновано принципову технологічну схему хроматографічного розділення суміші органічних розчинників. Основні результати передані для впровадження у виробництво та навчальний процес.

Диссертация посвящена разработке научно-методологических основ экологически безопасных технологий очистки сточных вод от органических красителей, растворителей и радионуклидов сорбентами минерально-сырьевой базы Украины. В работе приведены теоретические и экспериментальные исследования процессов адсорбционной очистки жидкостных сред природными дисперсными сорбентами, методы модифицирования этих сорбентов в зависимости от необходимой степени их активации, а также рассмотрена перспективность использования жидкостной хроматографии для разделения многокомпонентной системы органических растворителей методом селективной адсорбции (промышленной хроматографии). Решенная научно-техническая проблема дала возможность разработать и внедрить высокоэффективные технологии очистки стоков, загрязненных красителями, органическими растворителями и радионуклидами. На основании теоретических и экспериментальных исследований процессов кислотного модифицирования бентонитов разработана классификация методов модифицирования природных сорбентов в зависимости от вида загрязнителя, а также рассчитаны адекватные математические модели, вычислены значения кинетических коэффициентов и предложены принципиальные технологические схемы реализации процессов. Разработанные теоретические основы моделирования процессов очистки сточных вод адсорбцией природными и модифицированными сорбентами. Предложены математические модели для прогнозирования лимитирующей стадии процесса сорбции на основании теории локальной изотропной турбулентности для аппаратов с механическими устройствами - при расчете внешнедиффузионных параметров, а также внутридиффузионных параметров с использованием теоретических расчетов эффективных коэффициентов внутренней диффузии. Исследована сорбция Сs и Sг с жидких радиоактивных отходов на модифицированных глинистых минералах и установлены оптимальные условия процесса. Доказано, что в случае применения модифицированных глинистых сорбентов не наблюдается вторичное загрязнение воды металлами-модификаторами. Проведена идентификация экспериментальных данных адсорбции радионуклидов существующим теоретическим изотермам сорбции. Исследованны аспекты использования жидкостной хроматографии в промышленных условиях для разделения смеси органических растворителей. Решения адсорбционной модели использованы для прогнозирования конкурентного равновесия адсорбции раствора и активного компонента подвижной фазы на основе изотерм адсорбции, а стандартные изотермы адсорбции определенные на основании дополнительных данных адсорбции, измеренных в инертной системе. Предложена принципиальная технологическая схема хроматографического разделения смеси органических растворителей. Основные результаты переданы для внедрения в производство и используются в учебном процессе.

On the basis of theoretical and experimental investigations of the acid modification bentonite developed adequate mathematical model, calculated values of the kinetic coefficients and the proposed process flow diagram the process. The theoretical basis of modeling processes of cleaning liquid media by adsorption of natural sorbents. The proposed mathematical model of the process to establish the rate-limiting step by calculating external diffusion parameters (based on the theory of locally isotropic turbulence for vehicles with mechanical devices) and internal diffusion parameters (using theoretical calculations of effective internal diffusion coefficient). Investigated the adsorption of Cs and Sr on the modified clay minerals and optimum process conditions. Proved that in the case of the modified clay adsorbents is observed secondary pollution of water modifier metal. Identified on the experimental data of adsorption of radionuclides existing theoretical sorption isotherms. Studied aspects of liquid chromatography in industrial conditions for separating a mixture of organic solvents. Solutions of the adsorption model used to predict the competitive equilibrium adsorption solution and the active component of the mobile phase on the basis of the adsorption isotherms, and the standard adsorption isotherms determined on the basis of additional data of adsorption measured in an inert system. A basic flow diagram of chromatographic separation of a mixture of organic solvents. Main results released for implementation in production and use in the classroom.