Створення нових реагентів і технологій для захисту водойм від забруднення промисловими стоками

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» МОН України, Київ, 2014. Представлено наукові засади стабілізаційної обробки води для забезпечення ресурсозбереження в промисловості та енергетиці. Розроблено нові способи синтезу реагентів, методи та технології очищення води, які забезпечують перехід до ресурсозберігаючих систем водопостачання. Встановлено ефективність розроблених коагулянтів та флокулянтів для освітлення як природних, так і стічних вод. Визначено умови глибокого реагентного пом’якшення вод з високим рівнем жорсткості при використанні алюмініймістких коагулянтів типу РИКС−А в присутності вапна та лугу. Доведена можливість одночасного пом’якшення води та вилучення сульфат-іонів в разі окремого або комплексного використання алюмініймістких коагулянтів або металевого алюмінію при вапнуванні води. Визначено вплив характеристик води, типу і форми іонітів, та послідовність використання слабо- та сильнокислотних катіонітів і низько- та високоосновних аніонітів на ефективність пом’якшення, знесолення води, ефективність вилучення хлоридів, сульфатів та нітратів. Встановлено умови реагентної та електрохімічної переробки відпрацьованих регенераційних розчинів та концентратів нанофільтраційного очищення води. На основі отриманих результатів створено комплексну маловідходну технологію знесолення води на основі іонного обміну, ресурсозберігаючу технологію демінералізації солонуватих вод з використанням нанофільтрації, а також комплексну технологію знесолення морської води.Dissertation prepared in satisfaction of the requirements for the degree of the Doctor of Technical Sciences in spesiality 21.06.01 – Environmental Safety. – The National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute” MSE of Ukraine, Kyiv, 2014. This dissertation presents scientific approaches for the stabilizing water treatment for resource-saving in the industry and energy sectors. New methods of reagent synthesis and water purification technologies have been developed which facilitate the transition towards more resource-saving water usage systems. The efficiency of developed coagulants and flocculants for clarification of both natural and drain waters has been assessed. The conditions for the reagent-based deep softening of the high-hardness water using aluminum-based coagulants such as RIKS−A in presence of lime and alkali have been established. This dissertation also proves the possibility of simultaneous water softening and sulfate-ion extraction in case of individual or combined application of aluminum-containing coagulants or metal aluminum during lime treatment of the water. This study has also determined the effect of water properties, the types and forms of ion exchangers and the sequence of application of mild- and strong-acid cation and low- and highly-basic anion exchangers on the efficiency of water softening and desalination as well as on the efficiency of chloride, sulfate and nitrate extraction. The conditions have been determined for reagent-based and electrochemical reprocessing of the used regenerating solutions and concentrates of the nanofiltration-based water purification. Based on these results, new technologies have been created for comprehensive low-waste water desalination based on the ion exchange; resource-saving demineralization of the brackish water using nanofiltration; comprehensive desalination of the sea water.Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 21.06.01 – экологическая безопасность. – Национальный технический университет Україны «Киевский политехнический институт» МОН Украины, Киев, 2014. Диссертация посвящена созданию новых методов синтеза реагентов для эффективных технологий кондиционирования и очистки воды, разработке безотходных процессов деминерализации воды для обеспечения надежной работы замкнутых систем водопользования в промышленности. Разработаны методы и определены условия получения высокоосновных гидроксохлоридов алюминия из доступного сырья. Предложены способы синтеза катионных флокулянтов путем поликонденсации аминов с эпихлоргидрином и путем аминирования полиакриламида. Оценка эффективности полученных коагулянтов и флокулянтовы проводилась при осветвлении природных и сточных вод. Показана их высокая эффективность в процессах осветления и обесцвечивания воды при ее отстаивании и фильтровании. Эффективность разработанных высокоосновных алюминиевых коагулянтов типа РИКС–А изучена при умягчении воды основными реагентами. Применение РИКС–А0 при умягчении воды известью, щелочью и содой позволяет снизить жесткость воды с 3,1–36,4 до 0,3–1,2 мг-экв/дм3. При комплексном использовании алюминийсодержащего реагента, гидрокарбоната магния и извести в процессе умягчения воды можно существенно снизить ее остаточную щелочность и концентрацию ионов кальция в воде. Данный способ обработки воды повышает стабильность воды при использовании ее в системах охлаждения и снижает нагрузку на ионообменные фильтры при ее обессоливании. Коагулянты типа РИКС–А эффективны и при очистке воды от сульфатов. При одновременном использовании извести, гидроксоалюмината натрия и 5/6 ГОХА происходит не только снижение концентрации сульфатов и концентрации ионов жесткости, но и уменьшение на 30 % остаточной концентрации хлоридов в воде по сравнению с использованием чистого коагулянта. При использовании извести и металлического алюминия в воду не вносятся другие ионы, а эффективность очистки воды от сульфатов возрастает с увеличением дозы извести и расхода металлического алюминия с последующей обработкой воды углекислым газом. Впервые установлена взаимосвязь между характеристикой воды, условиями ее обработки на слабокислотном катионите, его типа и формы на характеристики пермиат и концентрата в баромембранного процесах. Определены условия обработки воды, при которых достигается полная стабильность воды по отношению к карбонатным отложениям. При подобной обработке воды степень пермиата возрастает с 70–75 % до 90–95 %. Определены граничные условия повторного использования отработанных регенерационных растворов на сильно- и слабокислотных катионита в процессах умягчения воды. Установлен механизм отравления катионитов соединениями железа при натрийкатионном умягчении воды. Разработаны способы электрохимической переработки отработанных регенерационных растворов, которые образуются при ионообменной очистке воды, с получением кислот, щелочи, гипохлорита натрия. Полученные растворы щелочи и кислот могут быть использованы при последующих регенерациях ионитов. Предложена новая модель электродиализатора с двумя анионными мембранами для обессоливания концентрированных солевых растворов с высоким содержанием ионов жесткости. Представленные в диссертационной работе результаты позволили создать малоотходные технологии умягчения и обессоливания воды. Одна из схем включает глубокое реагентное умягчение воды на первой стадии, с последующей ионообменной ее очисткой. Включение в технологию стадии электрохимической переработки отработанных регенерационных растворов позволяет свести к минимуму техногенное загрязнение природных водоемов. Для очистки минерализованных вод предложена схема с использованием стадии стабилизационной обработки воды перед нанофильтрацией, что способствует увеличению выхода пермиата до 95 %. Кроме того, представленная схема предусматривает утилизацию концентратов, которые образуются в результате обессоливания воды. В случае опреснения морской воды разработана технология, которая включает стадию ионообменного умягчения воды перед ультрафильтрационными и обратноосмотическими установками