Звукохімічне очищення стічних вод від домішок органічних сполук - Автореферат

Найефективнішим шляхом очищення водних розчинів від органічних сполук є їх окиснення, однак, незважаючи на доволі велику кількість різновидів методів очищення води від органічних сполук, включаючи біологічні, хімічні, електрохімічні та електрофізичні, створюваний ними окисний ефект, а відповідно, і обумовлена ними очисна здатність, є недостатніми. Методи дослідження - вивчення механізму фізико-хімічної дії кавітаційного окиснювального очищення стічних вод від домішок органічних сполук виконано на основі рівнянь кінетики реакції ультразвукового окиснення шляхом створення систем математичних залежностей, що адекватно описують вплив технологічних параметрів процесу на ступінь його інтенсивності та очисну здатність. Методикою проведення експериментальних досліджень було вивчення очисної здатності ультразвуку за сумарною оцінкою вмісту шкідливих органічних компонентів стічних вод за кількістю кисню, що витрачається на окиснення (хімічне споживання кисню - ХСК), використовуючи при цьому хроматографію для аналізу газоподібних продуктів окисненням та калориметричний метод для вимірювань акустичної енергії. · одержано нові експериментальні дані про вплив ультразвуку на процес гетерогенно-каталітичного окиснення органічних домішок стічних вод і показано, що в цих умовах вагоме значення має концентрація каталізаторів, а також технологічні параметри проведення гетерогенно-каталітичного процесу окиснення домішок органічних домішок у стічних водах (тиск, температура, час проведення реакції); Автором роботи здійснено критичний аналіз існуючих методів очищення стічних вод, пошук каталітичних та ініціюючих систем для процесу окиснення домішок органічних сполук у водних розчинах та розроблено основи технології звукохімічного окиснення домішок органічних сполук в стічних водах.У вступі розкрито стан і суть наукової та народногосподарської проблеми очищення господарсько-побутових, промислових та сільськогосподарських стічних вод від різноманітних забруднень, часткове вирішення яких можливе, зокрема, шляхом їх якісного очищення від домішок органічних сполук окисненням. Це є підставою для твердження, що рідиннофазне окиснення органічних сполук в ультразвуковому полі в доволі широкому діапазоні умов (температура T=297 ? 333К, парціальний тиск кисню р = 105 ? 5.105 Па) протікає в кінетичній області, що підтверджується сталістю швидкості окиснення при певних інтенсивностях перемішування (100 ? 500 об/хв.) та витраті кисню (2 ? 2,7 дм3/год.). 2 та у таблицях 1 та 2, а узагальння дає підставу для висновку, що в досліджуваному діапазоні температур (303?333К) швидкість рідиннофазного окиснення домішок органічних сполук в ультразвуковому полі на 14 ? 37% перевищує швидкість окиснення без наявності ультразвуку, що підтверджує ефективність застосування ультразвуку в процесах рідиннофазного окиснення органічних домішок у стічних водах. Поряд з тим, встановлене експериментально сповільнення швидкості звукохімічної реакції окиснення порівняно із швидкістю термічної по мірі наростання температури підтверджує раніше отримані експериментальні результати, що залежність швидкості звукохімічної реакції окиснення домішок в ультразвуковому полі від температури не підлягає рівнянню Арреніуса, а обумовлена властивостями рідини та умовами процесу. На відміну від процесів ультразвукового гетерогенно-каталітичного окиснення органічних сполук (н-бутанолу, оцтового альдегіду, циклогексану тощо) оптимальна концентрація гетерогенних каталізаторів в процесах кавітаційного окиснення домішок органічних сполук у стічних водах є на порядок-півтора меншою і для досліджуваних каталізаторів відповідно становить: для змішаного оксиду кобальту Co3O4 - 0,17 г/дм3, для металевого нікелю Ni - 10 г/дм3, для оксиду нікелю NIO - 0,7 г/дм3 (рис.Резервом підвищення якості і ефективності водоочищення є очищення стічних вод від органічних сполук окисненням, проте недосконалість сучасних хімічних, електро-та фізико-хімічних методів водоочищення висуває потребу у розробці та дослідженні нових високоефективних технологій очищення стічних вод від органічних сполук, зорієнтованих на використанні енергії ультразвукових коливань як найефективнішого засобу інтенсифікації процесів окиснення та створення ефективних каталітичних систем. Створено наукові основи застосування енергії акустичної кавітації для процесу очищення стічних вод від домішок органічних речовин. Встановлено порядок реакції та визначені ефективні константи реакції окиснення домішок органічних речовин у стічних водах. Вивчено вплив ультразвуку на процес гетерогенно-каталітичного окиснення органічних домішок стічних вод і показано, що в цих умовах вагоме значення має концентрація каталізаторів, а також умови їх обробки.Вплив ультразвуку на процес окислення органічних домішок у стічних водах. Вплив ультразвуку на процес окислення органічних домішок у стічних водах // Вісн. Кінетичні закономірності та аналіз механізму реакціїї окислення домішок стічних вод // Вісн. Окислення органічних домішок в стічних водах під дією ультр

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ВИКЛАДЕНИЙ У ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ:

Резервом підвищення якості і ефективності водоочищення є очищення стічних вод від органічних сполук окисненням, проте недосконалість сучасних хімічних, електро- та фізико-хімічних методів водоочищення висуває потребу у розробці та дослідженні нових високоефективних технологій очищення стічних вод від органічних сполук, зорієнтованих на використанні енергії ультразвукових коливань як найефективнішого засобу інтенсифікації процесів окиснення та створення ефективних каталітичних систем.

Створено наукові основи застосування енергії акустичної кавітації для процесу очищення стічних вод від домішок органічних речовин. Показано, що застосування ультразвуку в цих процесах дозволяє збільшити швидкість окиснення більш, ніж на порядок.

Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено, що домішки органічних сполук у водних розчинах при ультразвуковій обробці окиснюються за допомогою вільних радикалів °ОН і НО2°, а не пероксидом водню, як це вважали раніше.

Показано, що окиснення домішок в умовах кавітації протікає в кінетичній області. Встановлено порядок реакції та визначені ефективні константи реакції окиснення домішок органічних речовин у стічних водах.

Виявлено, що залежність швидкості окиснення в ультразвуковому полі від тиску і температури носить екстремальний характер і визначається фізичними параметрами субстрату. Визначені оптимальні умови обробки домішок органічних речовин стічних вод в акустичному полі.

Вивчено вплив ультразвуку на процес гетерогенно-каталітичного окиснення органічних домішок стічних вод і показано, що в цих умовах вагоме значення має концентрація каталізаторів, а також умови їх обробки.

Встановлено відносний ряд активності та оптимальні умови застосування гетерогенних каталізаторів (Ni, NIO, Co3O4 ) в умовах кавітаційного окиснення органічних сполук у водних розчинах.

Розроблено математичні моделі звукохімічного, гетерогенно-каталітичного процесу очищення стічних вод від домішок органічних сполук як в ультразвуковому полі, так і без нього та проведена перевірка їх адекватності.

Результати роботи перевірені на дослідному устаткуванні при очищенні стічних вод ВАТ “Бориславський НДІ “Синтез” та ЗАТ “ЛУКОР” і показано суттєвий ефект від застосування акустичної кавітації - при двохгодинному очищенні стічної води з ХСК0=1020-1100 мг/дм3 в умовах кавітації кінцеве значення ХСК становило 30-40 мг/дм3.

Запропоновано зміни у технологічній схемі очищення стічних вод, зорієнтовані на використанні акустичної кавітації та гетерогенних каталізаторів, що дає змогу підвищити ефективність процесів очищення на 30-100% в залежності від умов застосування.