Очистка природных и сточных вод от аммонийных ионов путем сорбции на отходах, полученных при обогащении угля тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

лллдг^дд п/и л х га о/шихш»!

'.ШСТИТУТ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ЭЯЕКТНШГ.'НП

о я 8 о"

•у I? й ы» На правах руно лес

ПШГЕШГ ЕВГШКГ ГЕОРГИЕВНА

УДК 65.097.3

СЧИСТКА ПРИРОДЕX II' СТОЧШХ ВОД ОТ АМЛСНЙЙЫХ ИСНОВ ПЛЕЛ" ССРШШ НА ОТХОДАХ.ПОЛУЧШНЫХ ПРИ

СБСГптт УГЖ

02.00.01 - неорганическая химия

Автореферат

диссертация на сосханяе ученой степени кандидата технических наук

Тбилиси - 1ЭЭО

Работа выполнена в Грузинском политехническом институте гл. В.К.Ленина.

Научлий руководитель - доктор технических наук, профессор

Г0Г0ЕЕРИДЗЕ М.И. Научкай консультант - канд. техн. наук, доцент ГВАСАЛИЯ Л.Е.

Официальные оппоненты: докт. хим.наук,профессор ЛЕЙКМН Ю.А., ' ^ канд.техн.наук,старший научн.сотр.

БАХТАДЗЕ В.ЕГ. .

Ведущая организация - Тбилисский Государственный университет

Защлта состоится " £ " .¿/с///ггсг 1990 г. в час.

/

на заседании специализированного совета К 077.19.01 при Институте неорганической химии и электрохимии АН ГССР по адресу: 280086, Тбилиси, ул. Дяикия, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института неорганической хизлии и электрохимии АН ГССР.

Автореферат разослан " 6 п г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор химических наук

Р.К.КВАРАДШ1Ш

оеяая харак?е?ютй:а работы

Вагнейшей задачей охраны окружающей среди является зашита водоемов от звтрофикезпз, возникагсей в результате поступления в них повызенннх количеств азотных, фосфорных и других соединений.

Бурный рост хозяйства страны обуславливает постоянное увеличение количества сточных вод, выпускаемых в водоемы. Остаточные загрязнения в очищенных сточных водах да.та после современных очистных сооружений составляют весьма рс-альнуа нагрузку на водоем, особенно если они маломощные. Значительное количество азотных и фосфорных соединений попадает в водоемы от водосборных участков, т.е. с сельскохозяйственных угодий, с ливневыми и дрена'гкыми водами. с животноводческих комплексов, с атмосферными осадками, поверхностными стоками с площадей, улиц, асфальтированных дорог.

Правила охраны водоемов от загрязнения сточными'водами ограничивают содержание соединений азота для водоемов культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения. Соблэденне сушествуго-ссс лорм и требОЕПКЯЙ требует разработки и внедрения безотходных производств, что в свою очередь требует принидииально новых технологий и реконструкции водного хозяйства, осуществление которых требует известного времени. Вышесказанное с исключительной актуальностью Еыдвигает вопросы регулирования качества речкой воды.

Однако,как показывает анализ литературных данных, на дакнем этапе почти отсутствует как теоретические, так и практические-следования по прякена.чпв эффективных методов пр* очистке бэль'лнх объемов воды. Ексскую эффективность ссрбциснного метода в создавшейся обстановке мегко обеспечить ли^ь при с:::озггмзя::си рглег'пи следтажх проблем: применение десепаг сорбентов, отказ от пх регенерации и селевое незначение отходов, обрззугтахся при ечне: ке волн.

Цплг. г зппачк дпооерготоонвой работы. Теоретически?. и экспо-р-мснталыше исследования для разработки зффеюжвиых мегодов очаск-рзчяо? гзгл о? азотяск« соодгнешй с бозо5ходиос*и нро -

¿"«яхтци*. юс5сплоньоЗ аадача достпгдстся путем расонкя сли-

г: задач;

- !иуч$пас иехшдаип хгаычоскех гзаасодоЗствкй езогиешх к !.с.ко%орах сргаигче-саа: соо^лнеийЯ водоемов па основе теоретически

натура;«- глслслок&пяИ,

- Гп'.о1:од«нпе поисковых работ по выбору эффективных к деиовых сорбс-ьчоа соодаионий 2 на основа ¡исследовании физдко-хи-; .-.тпеекпя харихк'Сриггик вибраннэго сорбента,опредрпение возможности .■/о пр^^йг.ания для удаления ионов аммония из речкой вода.

- Проведение поисковых работ по возмояюсги исвользоваяпя оа1-рдЛиашюго сорбента в цаг;сзом цазначешш.

- Оаределэиае показателей тохиико-эконошческой вффешгенотаа кцолъзоьашш рекокзндуешго сорбента.

Нзучпоя новизна работы, На основе обработки стахясяичоских дашнк по 103 ганурольнш! створам рок бассейна Черного ыорз за период 1975-1235 гг. разработана карта загрязнены рек бассейна азо-тестшлл соединения.;;!, дающая возможность разработки водоохранных мероприятие, рационально-о проектирования новых предприятий, являющихся потенцлалькыш источниками загрязнения водоемов.

- Установлены зудкрическле зависимости ыедцу концентрацией аммонийного азота, взвешенных вещоств и цветностью вода, обусловленной налячвем в ней гуг/лновых соединений. Установленная зависимость яь-ялась предпосылкой для изыскания дешевых природных.материалов -сорбентов амлоши'ного азота.

- Вйеригз определена еэзлмжность ¡применения Х0К5', содержстих

ф ХО/< У - л /сслоб-г ссГого«-у угл*

а своем соетавэ гумпновые кислоты, з качестве сорбентов для удаления лз воды ионов амлония. На осноез определения ¡Тнзяко-хемгчес-вис характеристик Х0К7 и олтглашщх рабочих условий длл досгагсг-но полного удаления Ы^ч г.сследосанк закономерности г.рог.лсел рэтуллровакля качества речной воды с лртаеленло ХОКУ.

Практическая данность .и реализация, результатов г-зСот:;, Разрз-Со?ан оффектизкыя ресурсооберэганщаЯ способ регулярогензя качоегга речной еоды с Еспользованиег.! s качестве сорбента ХОКУ я получен." после его обработки комплексного удобрэная, обеспечпвгггГ'Л огповр»-менное решение грек нагаеЗпгх проблем совре^эпнсстл: удаление тор-рлконоз, очистку речной есдк я получение де^згого органо-;л::::ерг.-.:-пого удобрения.

Предаогена безотходная технологическая схе\-а отчет гл бсдьса объемов soда от азот.четкх соединений.

Определена возможность применения отработанна ХОКУ б качс-зт-зе комплексного удобрения, отличающегося нозггз;:;:;^.; согертл.чс! питательных веществ.

Стдзльнио результата пргводешзк s рзбогз экспержспгглмппч лсслодозанлД .использованы прп проектасовалгл трйса -rr

Кайрагянского горло-обогатительного кокбяката.

ДЛ2дба1Г!Я_^бо2Г1. Озпоспиз пояохбнпя дкссерг.Ч!;:-: ¿л

научло-технччезнсм спг.'лнзрз ''Псрсзеетзш развпгм зедзз::':-'..-пакалпздгггл" /r.T&vwa, 1?35 г./, ?:огдуна;эдю" j:-v-:: '..•.:■ -

r*.-oiî :;3'nîopeiur— "Осг.отл крэскироьд::ия з эг.с2луг."ст.*ч с:.::'" : -сзгб^с.чгл " гдялол::л с-гечтк ::сд" ДТН, г.2хл:гл~, 'ГГ.? г.-'. -- -

Л зл'.'ч:?;:/ "'0'1рл::л or c.vp-:::;::':-'

ведо-змоз б^оссГ^оз г.'зго::" I;-7 г.,', ':*. -

г-рч "Гох-зллл:': ГГ^Г з

з о::-з;:чз-\: cvvv::"-;j47.v;pr.j:^i4';c-',::.î %з": з- зз .: ■-

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них I авторское свидетельство Л 492512 С05Д 9/02,1976 на спос~ получения органэ-ьсаерзльного одобрения,

Объем работа, &:ссертацзя состоит из зводешш, 5 глаз, кю-дов, списка использовашюй литературы и приложения. Она изло.-хена на 155 страницах маашописного текста, содержа 27 рисунков и 33 таблицы. Список использованной литературы содерулт 114 наименовании .

ООДЕР^АКЕ РАБОТЫ

Диссертации на-основе обзора отечественной и зарусг.^ой литературы проведена оценка основных источников загрязнения природных вод азотдстюди соединениями я рассмотрено современное состояние вопроса регулирования качества речной воды.

Анализ литературных данных дает представление о порядке величин органических и неорганических веаеств, характерных для каждого отдельного -источника загрязнения водоемов. Сопоставительный анализ влияния этих источников на загрязнение Еодоемов вышеперечисленный веществами показал, что основшл.ш и преобладающей рассредоточенными источниками азотных соединений в воде водоемов являются: протраленные сточные воды, содержащие в зависимости от вида производства 2-600 мг/л азотистых соединений, обуславливающие наличие в воде водоемов минеральных производных азота, превышающих фоновые в Ц-70 раз, и сельскохозяйственные стоки, содержащие в среднем до 5 мг/л нитратов, а такке стога с бетонных поверхностей скотских г.змеаени", содергкащие до 300 мг/л /V ~ МНз, которые в Еоде явл^-ьтся очень токсичными дане при малых концентрациях.

Проведенный анализ показал, что проблема охрани водоемов не мс2зт решаться лядь отмена см сосредоточенной нагрузки на водоода

биогенными элементами; для ее успешного осуществления необходима также разработка водоохранных мероприятий, связанных с очисткой воды непосредственно на отдельных участках водоемов.

В настоящее время вопросам регулирования качества речных вод уделяется большое внимание. Однако подробный анализ литературных данных показал, что по данному вопросу нет единого мнения.

Применяемый в настоящее время способ пнег.гатической аэрации на реках и очистных сооружениях имеет ряд недостатков: громоздкая система перфорированных трубили фильтросов, которые заиляются, заносятся, большое количество запорной арматуры, разные приборов регулирования и измерения, помещения для воздуходувок. Некоторое методы, например, снижение биомассы, направлены лишь на устг :;е::;:е симптомов, и их следует избегать. Применение аэрации озерно:1 годы и экранирования донных отложений э значительной степени зависят от конкретных условий, и для принятия решения об lit использовании необходимо всестороннее изучение проблемы. Кроме того, применение перечисленных методов вмешательства в экосистему озера должно согласованно совмещаться со снижением внешней нагрузки.

Одним из важнейших факторов формирования качестга воды водоемов является извлечение из воды различных примесей за счет сорб-ционных процессов. В воде водоемов содержатся различные минеральные и органические взвешенные вещества, проявляйте сорбцисшпй эффект. Однако сорбционное извлечение веаества из воды водоемов сорбентами, находящимися в самом водоеме, является процессом ее очистки от этого вещества, но не обезвреживанием водоема от него в целом, так как при этом имеет место липа перемещение Еехоства в пространство из растворенного состояния на поверхность сорбирующих веществ. Вышесказанное является предпосылкой для разработки

способа регулирования качества речной воды с использование:.! природных; сорбентов, обладающих свойствами, -схожими с сорбентами, слага-водоем, что и было положено в основу диссертационной работы.

Бторая глава представляет результаты статистического акалвза "шамдки изменения и прогностических значений азотистых соединений в контрольных створах и изучения механизма химических превращений на основе лабораторных и натурных исследований.

Проведенный статистический анализ.изменения концентраций.азо-глспсс соединений в 108 контрольных створах Черноморского бассейна ГССР за период 1575-1985 гг. позволил установить увеличение концентрации аммонийного азота за 10 лот на 80-80,2.

На основе качественной градации рек и иг отдельных участков по степени загрязнения аммонийным азотом созданы оценочные карты, включающие динамику изменения аммонийного азота в воде водоемов и ареал их распространения за 10-летний период /рис. I/. .

Учитывая,-что формирование воды водоемов представляет сложный вероятностный процесс, необходимая степень достоверности и надежности прогноза была достигнута ка основе комплексного изучения вклзда в загрязнение водоемов каздого отдельного предприятия, хоз-бытового стока, а также стока с сельскохозяйственных угодий. Для определения прогностических значений загрязнения водоемов на примере Черноморского бассейна ГССР был применен метод апроксимации таблично-заданной функции ортогональным полиномом Чебышева и получ£ кы прогнозные значения для ряда контрольных створов.

Ка основе натурных исследований гидро-хишческого реаима воды в нескольких створах реки Вере и примыкаыцем к ней створо реки Куры /ТССР/, определен механизм химических превращений азотистых и некоторых органических соединений. В процессе исследований была обнаружена тесная корреляционная связь /коэффициент корреляции

0,75/ между цветностью веды, обусловленной наличием в ней гумнно-лих соединений, аммонийным азотом, и взвешенными веществами. В пробах вода, пмжцях гисокго значения otsthoctii, найшдазись мини-малыше концентрация аммонийного азота и наоборот. Емасте с этим низш.. значениям цветности соответствовало увеличение кэллчества взвезенных, вешеотв.

С целья установления вида указанного вза^.юдействия гумлновые кислоты были выделены из природных вод и изучены химическими л елеягралышми исгодат. Изучена кинетика реакции хуккноеых кислот с а: тл опий нем азотом з зависимости от концентрации в растворе, времени контпктпрования и тсмпературц раствора. Результаты исследования сспдсг^тесгвовади об увеличения сорбкаорксио эффекта при увеличении кошйвдрэцпа /-/Нч б ргстяорэ и г.сьы.~елал температуры раствора, что свидетельствует о то-., тгэ ксгзу указап-кпгла соеаяяеняякя происходят хидкчес;иЗ вид пзап.чед'эйстзая.

Провпдсгц:ая экспарсментальная работа служил;: зрезгоск..*:? для гз1:с~г;-:лл дплзвггх п доступных материалов, ссдер^здгас в свос-м состава достаточное количество гумиясвюс кисло?. Среди резличикх мп?е-рзелоз, глробярованнкх в процессе поиска, яаиозльспЗ кятер?с в связи о в::со;'.гм содержанием гуминовых кисло?, з такте больно:": распро-■ слра!:е1щостьэ п легкой доступностью заслуживал торг1. Однако лсдоль-готзакве -з качестве сорбента aí.w.4'síiHoro азота как самого торса, и ахделешисс из него гу:.1нл:;з::х гасло? не давало лолс:с!?ельк.-г: результатов, поскольку нар/.™' с удалением аммонийного азота увеличивалось ZHK раствора, что, вероятно, Zuzo связано с гагсгсг?-кзед в ас.^о растворимой ~готл гумгзозхс: кислот - фульвзкпелзт. Для о..;!:овр:;;.'2л:;сго удален:;'; пз воды аммонийного азота и умеяьзй.чгл сэ ХЕК создавалась необходимость использования наряду с гугтлевь-мг

Рис. I, Динамика грменения концентрации аммонийного азота в водоемах Черноморского бассейна ГССР в 19751985 гг.

ПРИМЕЧАНИЕ: Размер каждого столбика соответствует концентрат А/Н^, которая находится по представленной на рис. шкале.

кислотами, имеющими анионный характер, некоторых катионигоэ, способных сорбировать на сзое" поверхности фульеокислоты л некоторые органические соединения. В качестве таких материалов йндв избраны промышленные отходы горно-обогатительного производгтеа - хзос-ты обогащения каменного угля, содержащие в своем составе минеральную, так и органическую часть в виде гуминовых сееднненн:1.

В третьей главе изложены результаты исследования физико-химических характеристик и адсорбционных свойств ХОКУ.

Изучение физико-химических сеоЙств ХОКУ проводилось с привлечением рентгенофаэозого, рентгенографического, спектрального, микроспектрального и химических исследований. Химические еналази проводились согласно методикам соответствувщих ГОСТ-ов.

Изучение адсорбционных свойств ХОКУ включало: построение изотерм адсорбции-десорбции, установление обменной способности сорбента в зависимости от размера частиц сорбента, рН и температуры адсорбата, а также исследования процесса сорбции аммонийного азота на ХОКУ с привлечением ИК-спектральпого и микрорентге-носпектрального анализов, установление кинетики процесса сорбции и расчет основных энергетических параметров процесса.

Опред&чзние вагшейгэЗ сорбционноЗ характеристики сорбента -фазового состава методами рентгенофазового и рентгенографического анализов показало, что углистый сланец состоит из спльноокисленного глинистого вещества с примесью кварца, полеЕнх шпатов и сидеритов, чередующихся с линзами темно-коричневого углистого вещества, количество которого составляет примерно С0-40^.

В связи с многзфазностко сорбента, для выявления фазы, принимающей непосредственное участие в сорбции аммонийного азота, бил проведен »якрореитгеяоопектральный анализ поверхности кокгой

- 12 -

фазы на энергодисперсноы рентгеновском микроанализаторе.

Результаты проведенных исследований показали, что все исследуемые фракция представлены компонентами летучей золы J С , Ре , Са > Л » однако в составе одной из фракций определена сера, являющаяся составной частью угольного вещества и принимающая, вероятно, основное участие в сорбции аммонийного азота. В полном соответствии с полученными данными химические анализы ХОКУ на содержание гумпяовых кислот, углерода, водорода, азота, серы показали их наличие только в составе предполагаемой фазы угольного вещества.

Б соответствии с современными представлениями, причиной ионообменных свойств окисленных углей являются различные поверхностные протоногеяные функциональные группы - карбоксильные, карбонильное, фзкольные, хиноидкые к др. 0пределэш1в функциональных групп химическими и ЯК-спектральными методами показало наличие в составе ХОКУ карбоксильных к фенольно-гидроксильных груш, значительного количества кислорода и водорода при относительно низком содержании углерода, азота л серы. Данные физико-химических анализов ХОКУ представлены в табл." I. ■

Таблица I

Данные фиалко-хюлических анализов' углистых сланцев Ткибули-Шаорского бассейна

Данные физических анализов Функциональные группы /в %/

Удель- Содер- Золь- Выход Содер-

ный жание ность,лету- жание п, ¡г\

вес влаги, чих серы, _r[)[)l-l -QH ~С0 -СНО

„л .с в-тв, ,с y^uui i

№ А% \f% ' __.

2,09 7,2 65,4 56,8 О,ВГ" 2,25 1,25 0,75 0,52

Продолжение таблицы I

Элементный состав, содерггание в % от органической массы Элементный состав золы /в 1,1

С н ^ А/ ¿1 А Са м

46,65 7,95 45,10 0,3 29,8 16,9 17,2 19,1

При установлении оптимальных регкимов процесса были изучены адсорбционные свойства ХОКУ, построены изотермы адсэрбции-десорб-ции в интервале представлявших интерес равновесных концентраций. Изотерма адсорбции-десорбции /рис. 2/ сильно возрастает при низких концентрациях и практически не меняется при высоких концентрациях.

С, мим*/л

Рис. 2. Изотерма адсорбции-десорбции аммонийного азота на ХСКУ

Приведенные на рпс. 2 изотермы адсорбции-десорбции ///у; на ХСКУ значительно отличается друг от друга, что свидетельствует о тем, что часть сорбата в порах сорбента испытывает необратимую химическую реакцию. Полученные данные для Есех представляла« интерес

- 14 -

j оьновескых концентраций описывали уравнением Денгмкзра.

Для с пределепия обменной емкости сорбента в различных условиях, а так.?.е для выяснения природы обменных групп,входящих в состав XОКУ, изучены зависимости обменной способности адсорбента от pH и температуры адсорбата, а также размера частиц сорбента. Изучался интервал pH 2-11. Нал боль те значения адсорбции наблвдаются при значения pH в интервале 6-7 /рис. 3/. При определении влияния размера частиц ХОКУ /изменящихся в пределах 0,25-1,2 мм/ на процесс адсорбции аммонийного азота, максимальные значения адсорбции получены при размере частиц ХОКУ 0,2 мм. Для достоверности того, что полученные результаты обоснованы для широкого интервала концентра-tmß, бчли получены изотермы адсорбции аммонийного азота для каждого из четырех размеров частиц. Экспериментальные данные описаны уравнением Ленгкюра, константы уравнения определены графически экстраполяцией линейной зависимости.

Исследовалась кинетика процесса адсорбции иона аммония в зависимости от температуры. Полученные результаты свидетельствуют о

том, что повышение температуры в области от 283°К до 303°К увели -г

j со,

j

i

)

| оо«

1 I

ал f »

j ом

i « | 4 I в i * » h>

Рис. 3. Башсямэсть адсорбцки аммонийного азота на ХОКУ от pH

адсорбата

чпвает скорость адсорбции, что объясняется преобладанием в этом интервале температур активированной сорбции. При повышения же температуры Еыие 303°К скорость адсорбции уменьпаегся, что, по всей видимости, является результатом десорбпии А/Нц , протекавшей при высоких температурах с большей интенсивностью. Определена температурная зависимость скорости адсорбции аммонийного азота, которая в интервале 283-303°К подчиняется уравнению Арренпуса. Для определения энергии активации Е и константы скорости процесса Ь при различных температурах был применен.метод наименьших квадратов и получены следующие значения: £ = 39,7 Кдя/моль, К = 4,7.10"°. На основании экспериментальных данных были рассчитаны основные энергетические параметры процесса адсорбции.

Проведенные исследования, определившие наличие в-составе ХОКУ как гушновых кислот, представляющих собой органические макроструктуры с функциональными группами, способными взаимодействовать с аммонийным азотом, так и летучей золы, способной сорбировать на своей поверхности многае анионы, в том числе и рзстворимуп часть гуминовых кислот - фульвокислоты, позволили' определить возможность применения ХОКУ для удаления как из природных, -так и сточлкх вод ионов аммония.

Четвертая глава представляет результаты исследования закономерности процесса регулирования качества азотсодеряадей воды с применением ХОКУ. Исследования проведены в лабораторных условиях на экспериментальной установке, состоящей из трех ^илътрозальн:;:: колонок из оргстекла, с внутренним диаметром 80 см, высотой 3 оснащенных необходимыми контрзльно-измергтелышми приборагл (:: метры, пробоотборники, водосчетчикз я др.). В качестве загру:. использовались ХОКУ с эквивалентным диаметром в I :слс::~= ~ ,./ -

0,23, П колонке -. (¿э*.£ = 0,65, Ш колонке = 1,0. Исследо-

вания проводились на имитационной воде.

В ходе исследований определялись осноЕные параметры работы адсорбционных фильтров: удельная динамическая адсорбционная емкость ХОКУ в различных условиях, определявших ход очистки воды от ионов

А/Н^ , период работы адсорбционной загрузки фильтров до проскока ионов А/Н^ и до полной отработки слоя сорбента, длина зоны массэпередачл, скорость фильтрации. В качестве основных факторов, определяющие ход очистки воды от азотсодержащих соединений при ее пропускании через загрузку ХОКУ, были приняты: концентрация /АН^, активная реакция воды рН, мутность, концентрация растворенного кислорода, температура раствора, величина, соответствующая отношению объема профильтрованной вода и массы загрузки, и крупность загрузки.

Исследование влияния указанных факторов на продолжительность фпльтроцикла проводили в несколько этапов.

1.Рекогносцировочные исследования по установлению и оценке степени влияния каждого из факторов. На этом хе этапе ставилась задача исклвченЕя тех факторов, влияние которых в диапазоне их варьирования были сопоставимы с ошибкой эксперимента.

2. Построение общей математической модели процесса фильтрации азотсодерг^ащей воды в слое загрузки на ХОКУ,

3. Детальное исследование влияния регламентирующих факторов на процесс очистки и стэгистический анализ полученных экспериментальных результатов, с целью уточнения общей математической модели, построенной на предыдущем этапе, и определения численных значений параметров, входящих в эту модель.

Оценку влияния перечисленных факторов проводили с использованием методов планирования эксперимента. Для получения линейной модели изучаемого процесса был реализован дробный факторный экспери-

__ -1П - ___

мент 1/16 от полного факторного эксперимента 27. В результате обработки экспериментальных результатов стандартными методами регрессионного анализа, получено уравнение линейной регрессии.

Разработка безотходного технологического режима регулирования качества речной воды включала необходимость оценки возможности применения отработанного сорбента в целевом назначении. Критерием такой возможности была выбрана величина динамической активности сорбента.

При определении динамической активности сорбента продолжительность работа фильтра определялась двумя факторами: наступлением равновесия в фильтрующей загрузке и предельно-допустимой потерей напора, принимаемой равной 2 м. В качестве основных факторов, оп-ределязхшх ход процесса очистки воды, использовались регламентирующие факторы процесса, установленные при рекогносцированном исследовании. Кривые динамической активности ХОКУ при различных значениях регламентирующих факторов, пределы колебания которых были установлены, основываясь на реально наблюдаемых их изменениях в большинстве природных вод, учитывая.и сезонные колебания внутри года, представлены на рис.4. Динамическая активность ХОКУ при скорости фильтрования 1,5 м/ч, принятой на основании экспериментальных данных в качестве рабочей, представлены в табл. 2.

На основании исследования распределения аммонийного азота по высоте фильтрующей загрузки установлена длина зоны массопередачи, равная 50 см. С использованием полученных данных построена зависимость распределения аммонийного азота по высоте загрузки.

При построении математической модели динамической активности ХОКУ был использован метод приближенного аналитического представления функции нескольких переменных. Для построения приближенного представления рассматриваемой функции

П;с.4. Хдыа-.яческая эктиепость ХОКУ при различных значенвях регламентирующих факторов.

использован статистический экспериментальный материал, полученный на предыдущем этапе при определении динамической активности сорбента при различных значениях основных регламентирующих факторов, определяющих ход процесса регулирования речной воды: концентрация аммонийного азота, мутность, температура и рН воды, крупность загрузки, Указанные факторы рассматриваются в качестве аргументов представленной функции, область изменения которых представлена многогранником в пространстве и^ А: / ¿-^К, где а г и -нижний и верхний пределы Хг

Составлена программа ,*-лл машинописного определения динамиче< кой активности сорбента, которая приводится в прилоаении диссертации. Вводимая в ЭВМ информация содержит сведения о числе факторов для каждой рассматриваемой области и о результатах экспериментов различных точках рассматриваемой области. Экспериментальные значе

ния для 12 областей бшш реализованы на ЭК«! и получены 12 уравнений приближенного значения динамической активности ХОКУ по аммонийному азоту. Полученные результаты дач» возможность использования предложенного метода при расчете динамической активности ХОКУ а различных характерных для каждого отдельного водного объекта условиях варьирования основных регламентирующих факторов.

Таблица 2

Динамическая активность I т ХОКУ при : /УН? - 3 мг, 1й - 6,9; t = 391°К, мутность-50 кг/л

Эквивалентный диаметр Продолжительность Общее количество оста-, сорбента в фильтраци- фильтрации, час ющейся на сосбенто NH* оннол установке, т г/т

. 0,38 138 485

0,65 130 456

1.0 118. 413

В пятой главе изложены результата исследования закономерностей "процесса очистки речной воды, произведенного в полупроизводственных условиях на фильтрационной колонка из оргстекла высотой 3 м и внутренним диаметром 100 мм, снабженной необходимыми контрольно-измерительными приборами. Исследовании подвергались следушио

показатели речной воды: pH, БПКд, содержание Fid. Ъп' ¿¡Ц2" (¿ ~ , С 0з~. Показатели речной воды до и после про-ховдения через фильтрукцуи за1рузку аз ХОКУ с соотношением гуш-новой кислоты и летучей золы 1:2,8 представлены в таблица 3. Данные таблицы свидетельствуют о том, что в результате обработки речной воды хвостами'обогадения каменного угля, значительной нагрузке по мутности воды, а также при наличии в воде ряда конкурируют» с аьмонийнкм азотом ионов наблюдается значительное снижение сорбционной емкости ХОКУ по NH^, однако вместе о тем наблю-

дается снижение концентрации нитратов и нитритов в речной воде, что, вероятно,является результатом адсорбции последних летучей золой, которая в силу своих сорбциошшх свойств способна поглощата многие анионы.

Отработанные ХОКУ, обогащенные как аммонийным азотом, так и некоторыми питательными веществами,.удовлетворяют потребностям предъявляемы и к сргано-мянералькчм удобрениям. По своему составу ХОКУ и без предварительной обработки могут использоваться в качестве органе-минерального удобрения, однако значительно большего интереса они заслуживают при обработке их аммонийным азотом, в силу перевода в этом случае содержащихся в них хуминоеых'.кислот в гума-ты аммония. Стннулцрувдэе влияние гуртов агония на рост и низне-деягелькссть растений широко изучено, однако эффект юс применения значительно повышается в случае совместного применения с минеральна,к удобрениями. Применение минеральных-удобрений совместно с

Таблица 3

Результаты экспериментальных исследованЕй обработки речной воды ХОКУ

р.-чг-зд _Показатели качества речной воды__

........

^ Е-« • ^ - «. ,

года ^ >- ч о ч „ » к ^ « ^ !

Ь М _ ,. . м III -..........-

счд.ттг.:: 3,3 5,9 2,0 100 8,1 13,6 1,0 1,0 0,4 1,0 130 ВО 40

Г..-1СЛЗ сле-

очг.зткг. 2.С5 3,3 0,9 5,0 8,0 2,0 0,2 ды 0,1 0,6 130 80 40

гуматаг.-:. преду пре?щает вышгяшге наградного азота и регрогрздатеш усгсязыого фосфора, кроме того, снижает поракаемоегь растений, вызываемую сельхозадами. физиологически активные гу.мглоЕые создгае-:-:ля ь среднем в два раза снижает поступление ядохяу.ек&тов в органы

растений е способствую? их быстрому разложению в почве. Отработанные ХОКУ, высушенные пра температуре 120°С, содержат л споем составе питательные вещества в следующем составе (табл. 4).

Таблица 4

Содержание питательных веществ в ХОКУ, обработанных

речной водой

Содержание азота и фосфора в речной воде . Содержание питательных веществ на кг удобрения (в кг)

N Р

Но51-у =0,5 мг/л Р = 0,3 мг/л 0,0030 0,0012

И/-.^ = 3,7 мг/л Р =1,9 мг/л 0,0042 0,0018

=12,9 мг/л Р = I мг/л 0,0089 0,0035

Согласно требованиям, предъявляемым к органо-милералышм удобрениям, вычислены пределы содержания в речной воде основных элементов, сорбирующихся на ХОКУ, с тем, чтобы при пх сорбции ХОКУ не теряли свойств органо-минерального удобрения: -

0,8-10 иг/л, /Эц- 0,5-1 ыг/л, Си?'- 0,2-0,4 кг/л, ¿п' - 0,40,6 мг/л, М*'- 0,5-0,8 мг/л," Гг^ - 0,005-0,02 мг/л.

Разработана технологическая схема регулирования качества речной воды с использованием ХОКУ, исследованы возможности применения разработанной технологии для регулирования качества водотоков трассы водоснабжения Кайратинского горно-обогатительного комбини-"а> Дако технико-экономическое обоснование разработанного метода.

оеще выводу

I. Обнаружена тесная корреляционная связь меяду содержанием аммонийного азота и цветностью воды, обусловленная наличием в воде гуминовых соединений, что является результатом Присутствия в гуминовых соединениях карбоксильных, фенольных, а также некоторых другие функциональных групп, сообщающих им способность ионного обмена, функционального или гидрофобного взаимодействия с молекулами растворенных в воде как органических, так и неорганических соединений.

2\ Получены данные качественной градации рек Черноморского бассейна ГССР и отдельных'участков этих рек по содержанию ионов выявлена динамика изменения этих показателей во времени и построены прогностические Модели.

3. Наличие в составе ХОКУ летучей золы, основные компоненты которой являются хорошими сорбентами, способными сорбировать на своей поверхности многие анионы, в том числе и 1ушшовые кислоты,

а также углистого вещества, основная часть которого представлена гуминовыми соединениями, дает возможность использовать его в качестве эффективного сорбента. • •

4. Определены оптимальные параметры адсорбции аммонийного азота на ХОКУ: рН - 5-7, размер частиц - 0,2-0,4 мм, температура воды - 303°К.

5. Разработана технологическая схема регулирования качества речной воды с использованием ХОКУ. Показана технологическая эффективность и экономическая целесообразность применения предлагаемой технологической схемы регулирования качества речной вода с использованием ХОКУ.

. 6. Установлены оптимальные параметры и условия проведения

процесса регулирования качества речной год; с использованием ХОКУ и получения комплексного удобрения:

Спорость йлльтрацид-Х,5 м/ч, мутность вода-не более 50 мг/л, рН воды - 6-7, температура воды-283-303 К, //Ч'-0,8-10 мг/л,/?,,^-0,5-0,8 мг/л, Си. 0,2-0,36 мг/л, ¿л - 0,40-0,58 мг/л, Мп -

0.5.0,8_мг/л, Ре ¿и? 0.005-0,02 мг/л.____

7. Отработанные ХОКУ, содергашяе в своем составе необходимый для минерального удобрения элементы рг , Со. , 3< , /4^ , , /IIп 7. Са , а таклса органическую часть в виде гуминовых соединений, обойденных азотом, фосфором и некоторыми другими питательны,"л элемента','л, удовлетворяют потребности,, предъявляемым к органо-г..:-лэральным удобрениям.

Основное содер.таяиа диссертации опубликовано в следулпих работах :

1. Шенгелия 2.Г. Анализ степени загрязнения р. Бзыбь азотными соединениями. Труды ПИ, Тбилиси, 1985 г., Л 12 /294/.

2. Рухадз э 0.1., Шенгелия Е.Г., Цицяишвили З.А. Статистические методы обработки гидрологических данных и анализ степени загрязнения рек Черноморского бассейна ГССР азотными соединениями. Тезисы докладов научно-технического семинара "Перспективы развития водоснабжения и канализации". Тбилиси, 28-29 ноября 1985г

3. Брегвадзе У.Д., Шенгелия Е.Г. "О связи между цветностью воды и содер.т.ааимся в ней солевым аммиаком. Аналитический контроль

и техника зашиты окружающей среды. Научные труды ГПИ, .'ё 4 /315/ Тбилиси, 1987 г. '_______

4* 4/2 '/¡гагате £.3. 0±. ¿сЬг>ЧеЬи£Л. Сг;»-

2.Я. Рг^ьл^гсмигне- А,¡¿'¡.¿оу ¡с/русА <'луг/1 ^¡п'лте^' Гсм/ .у« ¿(а ригггё ¿й'як рС »'Ж/пит ¿исрп£ггелСсс

•V sI ¿¿awctnici í'íit^¡^/,t\a\l,crcrr-ia .-„^•л-чс-ДгАтс'лос?^ PcJAx'.-ty ff'^Á-c-z/z -rúa i eÁlptcaiczy'e j'slemcw iac^xdizeiít W- li>kl UJÍ1,мл'а itkkovW"littt,X>-J}.-&-¿l

5. йенгелия Е.Г., КочаалЕили Г.Т. Способ регулирования качества речпе!1 воды е получения ког.клексного удобрения. Тез пси докладов Всесоюзной научн01'/ конференции "Охрана от загрязнения сгоч-Е1г.;и Еодаг^». водоемов бассейнов внутренних морей". Тбллвся,2В~л7 ноября IS67 г.

G. Шенгелия Е.Г., Елешта E.JI. Анализ к динамика изменения концентрации азотных соединений в контрольных створах рек бассейна Черного каря ГССР. "Рациональное использование боднис ресурсов к охрана водоемов от загрязнения стсчнщщ водаг.щ". Научнле труда ГПИ, Л 9 /338/, Тбилиси, 1968 г.

7. Кэпголкя Е.Г., Еленяиа ЕЛ. Гумановые кислоты природных вод Грузни и их способность поглодать аммонийный азот . "Рациональное использование водных ресурсов и охрана водоемов от загрязно г.пя сточны.м.1 подагр". Научные труды ГПИ,Х 9 /333/,Тбилиси, 1988г,

8. Гогобервдзе LUI., Нижарадзе Э.И., Кочиашвиля Г.Т., Ыеагелия ЯЛ Некоторое комплексные разработку для решоякя еоциоэкологичеекю с кародао-хозяйственких проблем при охране воднкх экосистем .

"Аналитический контроль.г гоишка оалштн округавщой среды". Научна е труда ГШ,);- 5 /347/, Тбилиси, IS39 г.

Р. Гогобэрадзе 11.И., Викерадзе Э.И., Кочяаавилш Г.Т., Шенгслм В.. "Способ получения оргапо-микеральпого удобрения". Авгорсг.оо о:. детсльство -r*S25I2 or S.02.ID7,- г.

10. Гогобарлдзо К.К., Гвзссялл Л.Е., Кочаеашаг Г.Т., ДЫлгг-л Е. ■w::iOTiiï:a адзсрЗц"л а;злобного азота на хвостах oflorc¿:iw;v\ г.з-. угля. Пзвззшя Лкада-ли: иук Грузпчелой COI', Cj-::^

:,:,г;ссгал, г. 15, X 2, 'ГСплпсн, ISS9 г.