WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

23,3 кДж/(кмоль·К) при с = 10 мг/л и 6,7 кДж/(кмоль·К) при с = 0,001 мг/л. Экспериментально установленные значения (см. табл. 3) гидратации фенола позволили вычислить значения изменения энергии Гиббса (G): G =-пF, где п - число электронов, участвующих в переносе заряда, F - постоянная Фарадея, Кл/моль.

Рис. 4. Зависимость равновесного водородного потенциала в полулогарифмических координатах ln() от температуры (1/Т) для водных растворов фенола при концентрации:

1-3 – соответственно 0,001, 10 и 20 мг/л Таблица Значения изменения энергии Гиббса (G) процесса гидратации фенола Концентрация фенола, Температурный -G, кДж/моль с, мг/л интервал, К (0С) 0,001 273283 (010) 10,283303 (1030) 8,303313 (3040) 7,313323 (4050) 7,323353 (5080) 7,10 273283 (010) 8,283303 (1030) 6,303312 (3039) 5,312323 (3950) 4,323344 (5071) 6,20 273283 (010) 8,283302 (1029) 5,302313 (2940) 3,313323 (4050) 4,323352 (5079) 6,Уменьшение концентрации фенола приводит к уменьшению значений Еа и -G, что способствует образованию фенолят-ионов. Найденное значение энергии Гиббса процесса гидратации фенола концентрацией 0,001 мг/л при температуре 283 К (10 С) сопоставимо с G коагуляционного взаимодействия частиц монтмориллонита в водном растворе, которая составляет ~ -11,7 кДж/моль.

В третьем разделе рассматривается эффективность электрокоагуляционной обработки как метода, способного снизить концентрацию фенола в водных растворах и ливневых стоках до концентрации, равной ПДК водоемов, используемых для рыбохозяйственного и культурно-бытового назначения.

Для проведения процесса электрокоагуляции использовано постоянное электрическое поле (Е), напряженность которого изменялась от 55 до 80 В/см. Электрообработка проводилась на алюминиевых электродах площадью 450 мм2 в течение 1800 с. Критерием выбора оптимальной величины Е являлось определение минимальной концентрации фенола (см. табл. 4) методом спектрофотометрического анализа (ПНД Ф14.1:2.104-97) и учет изменения величины рН (см. рис. 4) при соответствующей обработке в постоянном электрическом поле, напряженностью 55, 60 и 80 В/см.

Результаты, представленные в таблице 4, показывают, что в течение 1800 с обработки электрическим полем напряженностью 55 и 60 В/см, степень очистки (L, %) составляет 99,44 и 99,29 % соответственно. В то же время концентрация фенола уменьшается всего до 0,112 и 0,141 мг/л, что выше значений ПДК, и поэтому очистку нельзя считать полной.

Увеличение времени электрообработки водного раствора фенола не приводит к дальнейшему уменьшению концентрации фенола, что связано с Таблица Изменение концентрации фенола (c) и степени очистки (L) в зависимости от времени обработки в постоянном электрическом поле Время Напряженность электрического поля обработки, (Е, В/см) (, с) 55 60 c, мг/л L, % c, мг/л L, % c, мг/л L, % 0 20,010 - 20,010 - 20,010 300 19,461 2,74 18,120 9,45 19,951 0,720 17,772 11,18 7,453 62,75 18,474 7,1500 0,724 96,38 2,872 85,65 7,493 62,1800 0,112 99,44 0,141 99,29 6,542 67,уменьшением межмолекулярного взаимодействия между фенолом и алюминием.

Изменение рН воды, содержащей фенол, при обработке в электрическом поле показывает, что в течение первых пяти минут электрообработки более сильное влияние на изменение концентрации ионов ОН- оказывает напряженность электрического поля 80 В/см, что приводит к увеличению рН до 9,8, а при электрообработке напряженностью 60 и 55 В/см - до 9,1 и 9,3 соответственно. В последующем происходит уменьшение рН до 5,9, что является следствием формирования золя гидроокиси алюминия и его гидроксидных форм:

АlОН 2+, Аl(ОН )2+ и Аl(ОН )3, - способных притягивать к себе фенолят-ион С6Н5О-.

Рекомендовано проводить электрокоагуляционную очистку фенол- содержащих ливневых сточных вод в постоянном электрическом поле, напряженностью 55 В/см. Принимая значение = 6,6 ·10-3 (Ом·см)-(электропроводимость водного раствора фенола, концентрацией 20 мг/л при Т = 293 К (20 0С)) и значение напряженности электрического поля Eэ = 55 В/cм, установлена плотность тока на электродах (iэ), необходимая для процесса очистки воды, содержащей фенол с максимальной концентрацией 20 мг/л: iэ = 3,6 мА/см2.

Определяя общее напряжение на электролизере (Uобщ) как сумму равновесных электродных потенциалов (а) и (к), перенапряжения на электродах (а) и (к) и падения напряжения на преодоление электрического сопротивления в растворе (Up), электродах (Uа) и контактах (Uконт): Uобщ = а + к + а + к +Up + Uа + Uконт, - проведен теоретический расчет Uобщ. При расчете учитывалось значение рН 6, при котором достигается наилучшая степень очистки (см. рис. 4).

Рис. 4. Изменение рН воды, содержащей фенол, от времени обработки () в электрическом поле, напряженностью 1-3 – соответственно: 80, 60 и 55 В/см Полученное значение Uобщ соответствует 22,6 В.

Используя уравнения регрессии, полученного при помощи программы Mathcad Professional 2001 c коэффициентом детерминации 0,99, найдена зависимость Uобщ (i) для воды, содержащей фенол, концентрацией 20 мг/л: Uобщ = 0,12 i + 27,9.

Экспериментально установлено, что Uобщ принимает значение, равное 28,2 В. Расхождение между теоретически рассчитанным и экспериментальными значениями Uобщ объясняется неучтенными при расчете величинами а и к, которые возможно при обработке в постоянном электрическом поле фенолсодержащих сточных вод играют немаловажную роль.

В работе выполнен расчет экологической безопасности электрокоагуляционной очистки фенолсодержащих сточных вод. Показано, что поддержание температуры не более 293 К (20 С) не приводит к образованию хлорпроизводных фенола. Поэтому следует обеспечивать отвод тепла и регулирование температуры.

Результаты исследования показали, что применение метода электрокоагуляции в постоянном электрическом поле, напряженностью 55 В/см, для очистки фенолсодержащих ливневых сточных вод недостаточно эффективно, поэтому требуется дополнительная доочистка.

Четвертый раздел содержит результаты по очистке воды от фенола при использовании метода сорбции, как в виде отдельной стадии, так и в сочетании с электрокоагуляцией. В качестве сорбента использован бентонит, основным минералом которого является монтмориллонит с общей формулой Al2O3·4SiO2·nH2O. Причина выбора основана на изучении теории агрегативной устойчивости дисперсных систем, анализа работ Шантарина В.Д., Кагановского А.М. и Дедусенко Г.Я. и сопоставимостью полученных значений G для реакции гидратации фенола и известного значения G коагуляционного взаимодействия частиц монтмориллонита в водном растворе.

Определение концентрации фенола при использовании сорбента до и после электрообработки (см. табл. 5) позволило установить, что при сорбционной очистке на бентоните с концентрацией 0,1 и 0,5 % уменьшение концентрации фенола можно достичь до значений 2,47 и 0,23 мг/л соответственно при перемешивании в течение 900 с. Полученные результаты превышают допустимые значения ПДК для водоемов, используемых для рыбохозяйственного и культурно-бытового назначения.

Таблица Результаты сорбционной очистки воды от фенола на бентоните Концентрация Время Концентрация Концентрация бентонита, перемешивания, фенола после фенола после % с сорбции на электрообработки, бентоните, мг/л мг/л 0,1 300 10,32 0,900 2,47 <0,0,5 300 6,84 <0,900 0,23 <0,Сочетание метода электрокоагуляции и сорбции является наиболее эффективным. При этом очистку рекомендовано проводить в последовательности: электрокоагуляция-сорбция, так как проведение сорбции перед электрокоагуляцией способствует загрязнению электродов бентонитом. Применение бентонита, концентрацией в 0,1 %, после электрокоагуляционной обработки при перемешивании в течение 900 с позволяет достичь концентрации фенола <0,001 мг/л.

Определено, что при использовании бентонита, концентрацией 0,1 %, необходимо проводить отстаивание не менее 10800 с (3 ч) (см. табл. 6) для достижения степени прозрачности, равной 0,10 м (10 см), что соответствует СанПиН 2.1.5.980-00.

Таблица Изменение степени прозрачности воды, прошедшей обработку в постоянном электрическом поле и сорбцию на бентоните Концентрация Время Степень прозрачности, м глины, % отстаивания, Без Без После с (ч) электро- электро- электрообработки и обработки обработки сорбции и сорбции 1800 (0,5) 0,38 0,34 0, 3600 (1,0) 0,31 0,29 0,0,5400 (1,5) 0,26 0,21 0,7200 (2,0) 0,24 0,13 0,9000 (2,5) 0,22 0,10 0,10800 (3,0) 0,10 - 0, 1800 (0,5) 0,42 0,38 0,3600 (1,0) 0,34 0,27 0,0,5400 (1,5) 0,23 0,10 0,7200 (2,0) 0,10 - 0,Приложения в диссертационной работе содержат результаты по обработке экспериментальных данных, подтверждающих достоверность проведенных исследований.

Основные выводы по работе:

1. Определены температурные зависимости, и рН. Рассчитаны значения энергии активации Еа процесса гидратации фенола. Установлено, что для водного раствора фенола, концентрацией 0,001 мг/л, при температуре 283 К изобарно-изотермический потенциал (G) процесса гидратации фенола сопоставим с G коагуляционного взаимодействия частиц монтмориллонита в водном растворе, составляющего ~ -11,7 кДж/моль.

2. Определены оптимальные режимы газохроматографического анализа фенола в сточных водах на газовом хроматографе CHROM-5: давление газа-носителя гелия р = 0,0606 МПа, температура пламенноионизационного детектора Т = 463 К; температура испарителя Т = 463 К;

температура термостата Т = 503 К.

3. Рекомендовано электрокоагуляционную обработку фенолсодержащих сточных вод проводить в однородном электрическом поле с алюминиевыми электродами, напряженностью электрического поля в 55 В/см, Uобщ = 28,2 В; iэ = 3,6 мА/см2 и временем электрокоагуляции 1800 с (30 мин).

4. Установлено, что более эффективным является комплексное применение методов обработки в постоянном электрическом поле и сорбции на бентоните, заключающееся в технологической схеме:

электрообработка – сорбция - отстаивание. Рекомендовано после обработки в постоянном электрическом поле проводить доочистку очищаемой воды на бентоните с концентрацией 0,1 % при перемешивании в течение 900 с (15 мин) и временем отстаивания 10800 с (3 ч).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Вепренцева Н.Н. (Кравченко Н.Н.). Исследование удельной электропроводимости воды, прошедшей электрообработку в постоянном электрическом поле / Вепренцева Н.Н. (Кравченко Н.Н.), Шантарин В.Д., Завьялов В.В. // Материалы Шестого Международного Конгресса «Вода:

экология и технология. ЭКВАТЭК-2004», г. Москва, 1-4 июня 2004. – М.:

ГУП МО «Коломенская типография», 2004. - C. 476.

2. Вепренцева Н.Н. (Кравченко Н.Н.) Электрохимические исследования водопроводной воды, прошедшей электрокоагуляционную доочистку в электрическом поле / Вепренцева Н.Н. (Кравченко Н.Н.), Завьялов В.В., Шантарин В.Д. // Материалы Шестого Международного Конгресса «Вода:

экология и технология. ЭКВАТЭК-2004», г. Москва, 1-4 июня 2004. – М.:

ГУП МО «Коломенская типография», 2004. - C. 580.

3. Кравченко Н.Н. Нарушение экосистем водных объектов России фенолами и нефтепродуктами / Кравченко Н.Н., Шантарин В.Д.

// Материалы Международной практической конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах», Белгород, 13-16 сентября 2004 г. – Белгород: Издво БелГУ, 2004. - C. 124-126.

4. Кравченко Н.Н. Влияние постоянного электрического поля на очистку сточных вод от фенола / Кравченко Н.Н., Шантарин В.Д. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей», г. Пенза, 29-30 сентября 2004 г.- Пенза: Изд-во «Приволжский дом знаний», 2004.- C. 33-35.

5. Кравченко Н.Н. Защита водных объектов от загрязнения фенолформальдегидсодержащими сточными водами Тюменского региона / Кравченко Н.Н., Шантарин В.Д. // Материалы Всероссийской научнопрактической конференции, посвященной 60-летию Тюменской области и 10-летию Тобольского индустриального института «Социокультурная динамика и экономическое развитие Тюменского региона. XXI век», Тобольск, 4 октября 2004 г. – Тобольск: Изд-во ТГПИ имени Д.И. Менделеева, 2004. - C. 91-97.

6. Кравченко Н.Н. Проблемы очистки промышленных сточных вод России / Кравченко Н.Н., Шантарин В.Д. // Доклады 10-й Международной конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-10-2004)», Новосибирск, 5, 6 октября 2004 г. – Томск: Изд-во Томского университета, 2004. - C. 121-125.

7. Кравченко Н.Н. Газовая хроматография как метод оценки экологического состояния сточных вод / Кравченко Н.Н., Шантарин В.Д.

// Доклады 10-й Международной конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-10-2004)», Новосибирск, 5,6 октября 2004г. – Томск: Изд-во Томского университета, 2004. - C. 140142.

8. Вепренцева Н.Н. (Кравченко Н.Н.) Газовая хроматография как метод оценки состояния окружающей среды / Кравченко Н.Н., Дрогалев В.В., Шантарин В.Д. // Методические указания к лабораторным работам. - Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый университет», 2004. - 31 с.

Подписано к печати Бум. писч.№Заказ № Уч. изд.л.

Формат 60х90 1/16 Усл. печ. л.

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж экз.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»