ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ».

Физический факультет

Экология

РЕФЕРАТ

Тема: Радиационные методы отчистки сточных вод.

4 курс, группа 14308

Выполнил:

Хомченко Илья Викторович

Группа:

14308, ФФ НГУ

Проверил:

_____/Аржанников Андрей Васильевич

Новосибирск, 2018 г.

Оглавление

1. Введение.…………………………………………………………………………3

2. Технология радиационной отчистки воды.…………...……………………......4

3. Осадки сточных вод……………………………………………………………..10

4. Заключение…………………………………………………………………….....12

Список литературы…………………………………………………………………13

1. Введение

С увеличением уровня экономического развития страны все более значимым становится вопрос об охране окружающей среды от загрязнения. Трудно недооценить роль чистой воды в нашей жизни, а значит, и проблема ее сохранения всегда будет одной из самых важных. Еще в 1939 году величайший французский писатель Антуан де Сент Экзюпери в своем сборнике очерков «Планета людей» посвятил воде строки: «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобою наслаждаются, не понимая, что ты такое. Ты просто необходима для жизни, ты и есть жизнь. Ты величайшее в мире богатство».

Согласно статистическим данным потребление пресной воды за последнее столетие выросло примерно в два раза, а общее потребление всех водных ресурсов еще больше. Именно поэтому развитие технологий водоочистки являются жизненно необходимыми меры для дальнейшего развития всего человечества.

Вопросы очистки сточных вод в промышленности рассматриваются уже давно, однако из-за ежегодно увеличивающегося объема стока в данной области техники не удается получить эффективного и экономически выгодного решения. Поэтому в настоящее время активно разрабатываются бессточные технологии производства и системы замкнутого оборотного водоснабжения, которые значительно уменьшают сброс отработанной воды в окружающую среду. Это приводит к необходимости улучшения уже существующих и созданию новых методов очистки сточных вод. Одним из таких новых технических решений является метод радиационной очистки. Ранее также считалась эффективной технология очистки сточных вод с помощью бактерий, однако этот метод проигрывает по сравнению с радиационными технологиями, поскольку, во-первых, занимает значительно более длительное время, во-вторых, бактерии способны переработать далеко не все сложные химические соединения, используемые сегодня в промышленности.

2. Технология радиационной отчистки воды

Развитие атомной промышленности и электронной техники сделало источники излучения доступными в промышленном масштабе. Источниками гамма-излучения могут служить радиоизотопы кобальта и цезия, реакторные контуры и смеси продуктов деления, представляющие собой отходы производства атомной промышленности. Источниками, генерирующими пучки электронов высокой энергии, служат ускорители электронов, особенно перспективные для широкого использования. Все виды излучений от этих источников получили название ионизирующих, так как, взаимодействуя с веществами, они вызывают ионизацию и активацию молекул или атомов вещества. Вследствие этого в веществах происходят химические превращения, изучением которых занимается радиационная химия. Ионизирующие излучения, действуя на воду, вызывают ее разложение, то есть процесс радиолиза.

Выходы радикальных и молекулярных продуктов радиолиза воды зависят от интенсивности поглощения энергии облучаемой средой. Мерой интенсивности поглощения энергии служит величина, называемая линейной передачей энергии. Она равна уменьшению энергии быстро движущихся электронов, возникающих при действии ионизирующего излучения на воду, на единицу длины их пробегов.

Активные продукты радиолиза — короткоживущие окислительно-восстановительные частицы, реагируя с растворенными или взвешенными в воде веществами, инициируют химические превращения или нарушают жизненно важные биохимические процессы в клетках бактериальных загрязнений. Можно назвать следующие процессы, которые могут быть использованы для очистки воды радиационным способом: радиационное окисление растворенного загрязняющего вещества, радиационная полимеризация и сополимеризация или какой-нибудь процесс, приводящий к

переводу загрязненного вещества в осадок; радиационная коагуляция веществ, радиационные превращения, переводящие биологически

Таблица 1. Комбинированные методы очистки сточных вод

неразлагающиеся вещества в новые формы, доступные для биологического разрушения, радиационная дезинфекция и дегильметизация.

Радиационное действие на сточные воды весьма разнообразное, причем в одной стадии облучения может реализоваться ряд очень благоприятных для очистки процессов. Энергия излучения, используемая для очистки воды в сточных водах, ниже порога ядерных реакций, поэтому очищенная таким образом вода не имеет никакой наведенной радиоактивности.

Промышленный сточные воды отличаются от загрязненной природной воды разнообразием присутствующих примесей и значительно более высокими их концентрациями. Как правило, для очистки таких стоков требуются большие дозы (несколько десятков килогрей и даже более).

Вследствие этого в последние годы разрабатываются комбинированные методы очистки, в которых радиационная обработка применяется в сочетании с обычным методом (химическим, биологическим, термическим, флотационным и др.). При использовании комбинированных методов часто наблюдается синергический эффект. Краткое описание комбинированных методов представлено в табл. 1.

Наиболее подходящими источниками для промышленного использования признаны радиоактивные изотопы кобальта и цезия, которые испускают γ-излучение, ускорители электронов, генерирующие электронное излучение высокой энергии. Стоимость энергии ускоренных электронов значительно ниже стоимости энергии излучения радиоактивных изотопов (приблизительно, по данным швейцарской фирмы, в 5 раз).

Радиоактивный изотоп кобальта производится путем облучения кобальта в ядерном реакторе. Но радиоактивные изотопы не могут быть основным источником облучения. Будущее радиационной очистки стоков принадлежит ускоренным электронам, генерация которых с помощью современных ускорителей ничем не ограничена.

Однако наряду с этим преимуществом нельзя не отметить, что ускоренные электроны по проникающей способности сильно уступают γ-лучам радиоактивных изотопов. Для полного обезвреживания и обеззараживания стоков необходимо равномерное распределение поглощенной энергии по всей массе облучаемого материала. При γ-облучении такое равномерное распределение будет реализоваться в слое воды толщиной 25-30 см, тогда как та же доза облучения ускоренными электронами поглотится верхним слоем воды толщиной в несколько миллиметров. Это создает некоторые технологические трудности, так как требует создания условий тонкослойного облучения жидкости.

Рассмотрим ряд конкретных примеров использования ионизирующих излучений в очистке стоков. Эффективной дозой облучения при радиационной очистке сточных вод, образующихся в процессе созданий металлических покрытий, от очень ядовитых веществ — цианидов, которые содержатся в сточных водах в широком интервале концентрации от 2 г/л до 60 г/л, является доза от 10⁶ до 10⁹ рад.

Разработан радиационный способ очистки стоков от тиофоса, фенилацетата и метилхлорида ртути — сильнейших ядов. Первые два используют в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми. В зависимости от исходной концентрации этих ядов от 0,1 мг/л до 1000 мг/ л требуются дозы облучения 10⁴ -10⁷ рад. При этом в воде после этого не образуются вредные вещества, производится радиационная очистка сточных вод и от ионов железа.

С помощью облучения можно очищать сточные воды, содержащие красители, но дозы, требуемые для того, довольно высоки и составляют 1-2 Мрад. Для снижения дозы облучения используют сочетание проникающей радиации и добавок окислителей (хлор, кислород, гидрохлорид).

Интересную возможность предоставляет метод радиационной обработки в комбинации с флотацией.

Следующий способ — облучение сточных вод, содержащих поверхностно активные вещества, предварительно подвергнутые флотации. Облучение производится ускорителем электронов с энергией электронов 4-5 МэВ. Степень очистки достигает 99%. Этим способом можно очищать сточные воды производства антибиотиков.

Радиационную очистку сточных вод можно проводить в комбинации с адсорбционным методом. При облучении γ-лучами органические загрязнения, адсорбированные на активированном угле, окисляются в основном до углекислого газа и воды. Практически при этом происходит радиационная регенерация активированного угля. Рекомендованная доза облучения 1 Мрад.

Существует радиационный метод очистки природных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Этот метод облучения природной воды дозой 0,1 Мрад позволяет устранить цветность, привкус, запахи и

обеззаразить воду. Установка состоит из микрофильтров (для удаления взвешенных частиц) и облучателей.

Для интенсификации процесса радиационной очистки необходимо повысить радиационный выход разрушения загрязняющих веществ. Одним из путей, которые приводят к цели, является осаждение растворимых органических загрязнений с осадком, образующимся при радиационной полимеризации присутствующего в стоках или предварительно вводимого в них полимера.

Так как процесс полимеризации обычно цепной, то дозы, необходимые для радиационной обработки по этому методу, будут более низкими, чем при прямом радиолизе воды. Полимеризационный метод может быть особенно перспективным для очистки сточных вод производства полимеров. На этом принципе разработан метод очистки сточных вод, загрязненных винилацетатом. Загрязненное вещество при этом превращается в ценный для народного хозяйства продукт — поливинилацетат.

Чтобы хоть как-то представить реально возможные масштабы радиационной очистки, рассмотрим пример открывшегося не так давно (в марте 2017 года) завода по радиационной очистке сточных вод в Китае в городе Циньхуа. Если верить заявленной мощности, завод цех способен переработать около 1500 кубических метров сточных вод в сутки. Предприятие было простроено в рамках программы МАГАТЭ по передаче радиационных технологий очистки воды для стран Азии. Примечательно, что основная задача завода – очистка сточных вод, образующихся в результате работы текстильной промышленности, на долю которой приходится примерно пятая часть всех промышленных сточных вод в мире.

Следует кратко остановиться на проблеме обеззараживания навозных стоков, возникшей в связи со строительством и эксплуатацией значительного числа крупных свиноводческих ферм. Эта проблема, в принципе, может быть решена с помощью радиационных методов. Для отработки технологии обеззараживания и очистки стоков в крупных масштабах в Минской,

Московской и Омской областях были сконструированы и длительное время функционировали четыре пилотные установки (три из них – с ускорителями электронов, одна – с источником γ-излучения ⁶⁰Co). Однако процесс не был реализован на практике.

В нашей стране было разработано несколько проектов крупных установок с ускорителями электронов для очистки бытовых и промышленных сточных вод. Крупнейший из этих проектов предназначался для радиационной обработки бытовых сточных вод одного из городов Ленинградской области. Проектная производительность установки – 110 000 кубометров в день. Однако ни один из этих проектов еще не осуществлен, хотя локально некоторые заводы уже используют небольшие ускорители для очистки собственных стоков.

3. Осадки сточных вод

При отстаивании бытовых сточных вод (это первая стадия их обычной очистки) образуются осадки, состоящие из нерастворимых твердых частиц (5-8%) и воды (92-95%). При биологической очистке на стадии аэрации возникают осадки другого типа, называемые избыточным активным илом; значительную часть их составляют микроорганизмы. Осадки могут применяться как удобрения и добавки к кормам животных. Однако они заражены бактериями, вирусами и паразитами и могут содержать вредные вещества. Очевидно, перед использованием они должны быть дезинфицированы.

Обнаружено, что обеззараживание достигается при дозах 2-10 кГр. Кроме того, облучение часто ускоряет фильтрацию и седиментацию осадком и, как следствие, процесс обезвоживания. В настоящее время технология радиационной обработки осадков сточных вод реализована в ряде стран в пилотном и коммерческом масштабах. Соответствующие установки базируются на источниках γ-излучения и электронных ускорителях. Предполагается простроить такие установки в Канаде, Польше и Аргентине.

4. Заключение

Широкое применение радиационного метода для охраны окружающей среды повлечет за собою серийное производство ускорителей электронов и изотопных источников облучения. Имеется реальная возможность для существенного усовершенствования и удешевления производства радиоактивных изотопов кобальта — 60, стронция — 137. Возможно также использовать для облучения сточных вод реакторы атомных электростанций. Осадки сточных вод могут находить широкое применение в сельском хозяйстве и других отраслях промышленности. Например, они могут служить наполнителями в промышленности строительных материалов и в дорожном строительстве, также перспективной представляется сухая перегонка.

Список литературы

1. Долин П. И., Шубин В.Н., Брусенцева С. А. // Радиационная очистка воды. М.: Наука. 1973. 152 с.

2. Пикаев А. К. Современное состояние применений ионизирующего излучения для охраны окружающей среды. I. Источники ионизирующего излучения. Очистка природной и питьевой воды. (Обзор) // Химия высоких энергий. 2000. Т. 34. № 1. С.3

3. Карташева Л. И., Жесткова Т. П., Чулков В. Н., Диденко О. А., Пикаев А. К. Влияние мощности дозы на радиолиз разбавленных водных растворов хлорсодержащих органических веществ. // Химия высоких энергий. 1996. Т. 30, №3, С.230

4. Информационный портал Российского атомного сообщества // www.atomic-energy.ru