Електрокінетична очистка глинистих шламів та ґрунтів від важких металів і радіонуклідів - Автореферат

Масштаби можливого вторинного забруднення водного басейну та ґрунтів важкими металами та радіонуклідами обумовлюють необхідність розробки та детального вивчення новітніх технологій утилізації глиновмісних шламів водоочищення та рекреації забруднених територій. Однак, на відміну від електроремедіації ґрунтів, електрокінетична очистка глиновмісних шламів є маловивченою, хоча дає змогу видалити забруднення з одночасним зниженням вологості шламу. Електроремедіація є практично універсальним методом, оскільки майже будь-яке забруднення у шламах та ґрунтах має заряд і тому може бути видалене під дією електричного поля. Ефективність видалення найбільш розповсюджених забруднень, до яких належать важкі метали та радіонукліди, визначається їх природою та взаємодією з найбільш високодисперсними складовими шламів і ґрунтів - глинистими мінералами, а також фізико-хімічними та електрохімічними параметрами процесу електроремедіації. Мета дослідження полягає у встановленні фізико-хімічних закономірностей електрокінетичного очищення глиновмісних шламів і вітчизняних ґрунтів та розробці ефективних методів очистки природних та техногенно забруднених обєктів від важких металів та радіонуклідів.Схема лабораторної установки для електрокінетичної очистки ґрунтів і глинистих шламів: 1-10 - секції зі шламом, що очищується (кількість секцій може змінюватись в залежності від мети експерименту), I - мембрани, II - капіляр для вимірювання потоку електроосмосу, III - ємність для фонового електроліту. У третьому розділі на системах, що моделюють реальні умови, було вивчено вплив фізико-хімічних (природа мінералу, вологість, концентрація забруднення, РН середовища) та електрохімічних (напруженість електричного поля, густина струму) факторів, а також тривалості обробки та типу електричного живлення на особливості електровидалення Cs, Sr, U, Cu, Co та Pb. При обробці штучно забруднених Cs та Sr зразків встановлено, що ступені очищення (СО) для каолініту, вищі, ніж для суміші М П, що повязано з вищою іонообмінною ємністю монтморилоніту (рис 2). Зниження РН прианодного середовища та підвищення в прикатодній частині ґрунту, що посилюються зі зростанням напруженості поля Е, та часу обробки ґрунту значною мірою визначають ефективність електроремедіації від забруднень важкими металами. Основна частина забруднень випадає в осад у вигляді гідроксосполук у місці зустрічі кислого та лужного фронтів і у катодну камеру не виноситься, що особливо помітно при видаленні Pb (див. рис.Вперше показано, що визначальну роль в процесах очистки від Cs та Sr відіграє природа глинистого мінералу та особливості сорбційної поведінки елемента, а при видаленні Co, Cu, U та Pb - РН забрудненого середовища. Запропоновано ряд реагентів, які інтенсифікують процес електрокінетичної очистки, та порівняно їх ефективність у залежності від типу ґрунту та режимів очистки. Показано, що при видаленні урану з каолінітового шламу найефективнішим реагентом є ЕДТА, в той час, як при вилученні міді, кобальту та урану з ґрунтів та суміші пісок-монтморилоніт найбільш доцільним є регулювання РН за допомогою HNO3 та CH3COOH. На основі дослідження змін РН в обємі під час очистки та кінетичних кривих видалення забруднень у катодну камеру доведено, що найбільш ефективним способом застосування кислот є прокачування їх розчинів через катодну камеру.

Основний зміст роботи

У дисертації розроблено методи електроремедіації глинистих шламів та ґрунтів ряду вітчизняних регіонів від важких металів та радіонуклідів (Co, Cu, Pb, Cs, Sr та U,). Вперше показано, що визначальну роль в процесах очистки від Cs та Sr відіграє природа глинистого мінералу та особливості сорбційної поведінки елемента, а при видаленні Co, Cu, U та Pb - РН забрудненого середовища.

Запропоновано ряд реагентів, які інтенсифікують процес електрокінетичної очистки, та порівняно їх ефективність у залежності від типу ґрунту та режимів очистки. Показано, що при видаленні урану з каолінітового шламу найефективнішим реагентом є ЕДТА, в той час, як при вилученні міді, кобальту та урану з ґрунтів та суміші пісок-монтморилоніт найбільш доцільним є регулювання РН за допомогою HNO3 та CH3COOH.

На основі дослідження змін РН в обємі під час очистки та кінетичних кривих видалення забруднень у катодну камеру доведено, що найбільш ефективним способом застосування кислот є прокачування їх розчинів через катодну камеру. Запропоновано альтернативний спосіб регулювання РН під час електрокінетичної очистки шляхом застосування електрохімічно активних мембран для відокремлення катодної камери. Встановлено, що ефективність гомогенних мембран IONICS є вищою, ніж у гетерогенної мембрани МК-40 та незаряджених діафрагм.

На основі теоретичного аналізу нерівноважних процесів у комірці під час електрокінетичної очистки вперше запропоновано та детально вивчено перебіг процесу електроремедіації при застосуванні імпульсного режиму. Визначено, що імпульсний режим живлення дає можливість заощадити 25-30 % електроенергії при збереженні ефективності видалення забруднень.

Показано ефективність використання електрокінетичної технології для комплексної переробки шламу гальванічного виробництва з одночасним отриманням катодної міді. Методом електрокінетичної очистки з гальванічного шламу вилучено 96,2 % міді, що дає змогу майже на два порядки знизити вміст металу та повязану з цим екотоксичність шламу.

Продемонстровано принципову можливість використання керамічної технології для переробки шламів, які утворюються при електроремедіаційній очистці. Встановлено, що отримані керамічні продукти практично безпечні для навколишнього середовища, внаслідок надійної фіксації важких металів у керамічній матриці.

1. Klischenko R. Purification of galvanic sewage from metals by electrodialysis / Klischenko R., Kornilovich B., Chebotaryova R., Linkov V. // Desalination. - 1999. - V. 126.- Р. 159 - 162.

Літературний пошук, планування та проведення експериментів із вилучення важких металів, формування та випалу керамічних матриць, участь в обговоренні результатів та написанні статті.

2. Клищенко Р.Е. Утилизация отходов водоочистки гальванических производств / Клищенко Р.Е., Чеботарева Р.Д., Корнилович Б.Ю. Линков В.М., Шевченко Т.И. // Химия и технология воды. - 1999. - T.21, № 5. - С. 541-546.

Проведення експериментів з аналізу гальванічних шламів та вилучення важких металів, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

3. Чеботарева Р.Д. Электрохимическое извлечение меди из сточных вод гальванических производств / Чеботарева Р.Д., Клищенко Р.Е. // Химия и технология воды. - 2001. - Т.23, №3. - С. 272 -275.

Проведення експериментів по вилученню міді з розведених розчинів, участь в інтерпретації отриманих результатів та написанні статті.

4. Абруззесе К. Электрохимическая дезактивация радиоактивно загрязненных глиносодержащих шламов / Абруззесе К., Корнилович Б.Ю., Мищук Н.А., Пшинко, Г.Н., Клищенко Р.Е. // Химия и технология воды. - 2004. - Т.26, № 3, С. 247-259.

5. Kornilovich B. Enchanced electrokinetic remediation of metals-contaminated clay soil B. Kornilovich, N. Mishchuk, K. Abruzzese, G. Pshinko, R. Klishchenko // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. - 2005. -№ 265. - Р. 114 - 123.

В роботах [4, 5] виконання експериментів по вилученню важких металів та радіонуклідів з модельних систем глинистих мінералів, участь в інтерпретації отриманих результатів та написанні статті.

6. Mishchuk N. PH regulation as a method of intensification soil electroremediation / Mishchuk N., Kornilovich B., Klishchenko R. // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. - 2007. - № 306. - Р. 171 -179.

Виконання експериментів по вилученню важких металів та радіонуклідів з природних систем (грунтів), участь в інтерпретації отриманих результатів та написанні статті.

7. Клищенко Р.Е. Использование шламов гальванических производств в керамике / Клищенко Р.Е., Чеботарева Р.Д., Пшинко Г.Н., Корнилович Б.Ю. // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2000. - № 6. - С. 26 - 29.

Участь в експериментах з формування та випалу керамічних матриць на основі гальванічних шламів, обговорення результатів досліджень та оформлення статті.

8. Клищенко Р.Е. Комплексная технология извлечения меди из шлама гальванического производства / Клищенко Р.Е., Косоруков А.А., Чеботарева Р.Д., Корнилович Б.Ю. // Вісник Черкаського держ. техн. університету. -2000. - №3. - С. 25 - 27.

Літературний пошук, проведення експериментів з вилучення важких металів, участь в обговоренні результатів та написанні статті.

9. Клищенко Р.Е. Вилучення кольорових металів із шламів виробництв / Клищенко Р.Е., Чеботарева Р.Д., Корнилович Б.Ю. // Матеріали семінару "Проблеми переробки відходів гальванічних та ливарних виробництв промислового комплексу України: міжнар. наук.-техн.конф. : тезисы. докл. -Алушта, Україна -1998. - С. 6.

Літературний пошук, проведення експериментів з вилучення важких металів, участь в обговоренні результатів та написанні статті.

10. Кліщенко Р.Є. Електрохімічна дезактивація радіоактивно забруднених глиновмісних шламів / Кліщенко Р.Є. // Охорона водного басейну та контроль якості води: міжнар. наук.-техн.конф. : тезисы. докл. - Київ, Україна - 2004 р. - С.37-39.

11. Аббрузесе К. Электрохимическая детоксикация глинистых шламов / Б.Ю. Корнилович, Н.А. Мищук, Р.Е. Клищенко И.А. Ковальчук // "Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов: міжнар. наук.-техн.конф. : тезисы. докл. - Бердянск, Украина - 2004 р. - С.601 - 603.

12. Abbruzzese C. Pulse Regime of Electroremediation of Clay Soils / C. Abbruzzese, B. Kornilovich, N. Mishchuk, R. Klischenko, G. Pshynko // International Electrokinetics Conference ELKIN 2004, Carnegie Mellon University, Pittsburg, PA, USA - 2004. - P.43.

В [11,12] проведення експериментів з вилучення радіонуклідів з глиновмісних шламів, участь в обговоренні результатів та оформленні тез.

13. Kornilovich B. Electro-osmosis remediation kinetics of heavy metal and radionuclide contaminated wastes and soils / B. Kornilovich, C. Abbruzzese, N. Mishchuk, R. Klischenko // "Interface against pollution". (Granada, Spain - 2006).- P.88.

Проведення експериментів з вивчення кінетики вилучення радіонуклідів з глиновмісних шламів, участь в обговоренні результатів та оформленні тез.

14. Kornilovich Boris Yu. Decontamination of clay soils from uranium / Boris Yu. Kornilovich, Nataliya Mishchuk, Roman Klishchenko // "Electrokinetic phenomena - 2006" (Nancy, France - 2006).- P.56.

Проведення експериментів з вилучення урану з ґрунтів, участь в обговоренні результатів та оформленні тез.

Размещено на .ru