Диссертация (Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата), страница 3

Все результаты исследований, изложенные в настоящейдиссертации, получены автором самостоятельно. Им выполнены постановка задач, разработкатехнических и технологических решений, разработка методик исследований и проведениеэкспериментов, обработка и анализ результатов, написание статей и заявок на патенты, вформулировка основных выводов.Публикации. По материалам диссертации имеется 21 печатная работа, в том числе 7 работ в рецензируемых научных изданиях, входящих в международные системы цитирования Scopus или Web of Science, 7 патентов, из них 1 патент на изобретение и 6 на полезную модель.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав,выводов, списка литературы, включающего 131 наименование, двух приложений.

Работаизложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 27 таблиц.101. Аналитический обзор реагентов, методов и устройств дляобеззараживания воды и очистки стоков и их влияния нагеоэкологическую обстановкуНаучно-техническая проблема обеззараживания питьевой воды и стоков на местеприменения связана с противоречивостью требований российского законодательства к составусточных вод: с одной стороны, сброс с очистных сооружений в реку не должен содержатьорганических и биологических загрязнений, чего в подавляющем большинстве случаевдобиваются хлорированием, а с другой стороны, содержание хлора в стоке должно равнятьсянулю.Поэтому целью работы является разработка нового технического и технологическогорешения комплексного электролизного агрегата (КЭА) для одновременного производстваанолита и феррата, применяемых для обеззараживания и очистки воды и стоков, позволяющегосущественноповыситьэффективностьобработки,атакжеповыситьэкологическуюбезопасность, при одновременном снижении стоимости процессов по сравнению ссуществующими технологиями.

Сырьем для КЭА являются вода и соль, а в результатедвухстадийного процесса электролиза получаются хлорсодержащий анолит для очисткипитьевой воды на водоканалах с пролонгированным обеззараживающим эффектом и ферратнатрия,являющийсяэкологичнымокислителем,дезинфектантомикоагулянтомкратковременного действия, после обработки которым сточные воды могут сбрасываться в рекии водоемы без вреда для окружающей среды.Объектом исследования является технологический процесс выработки анолита дляобеззараживания воды и феррата для обеззараживания стоков в установках мембранногоэлектролиза, области промышленного применения анолита и феррата и требуемые объемы ихпроизводства.Предметом исследования являются конструктивные решения, принципы адаптивногоуправления электрохимическим синтезом анолита и феррата, параметры работоспособностикомплексного электролизного агрегата для обеззараживания воды и стоков, а такжепромышленная применимость и экономическая эффективность предложенных технических итехнологических решений.111.1 Требования, предъявляемые к качеству питьевой воды и очисткебытовых и промышленных стоковОсновные критерии качества питьевой воды были сформулированы в серединедвадцатого века и состояли в следующем: питьевая вода должна быть безопасна вэпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и обладать благоприятнымиорганолептическими свойствами.

В настоящее время эти критерии являются общепринятымиво всем мире. На их основе в различных странах создаются нормативные документы в областикачества питьевой воды, в т.ч. в России - СанПиН 2.1.4.1074-01 [1, 2]. Эти же критерииположены в основу Руководства по контролю качества питьевой воды, изданного Всемирнойорганизацией здравоохранения в 1984 и 1994 гг. [4, 5].Требования к питьевой воде определяются ГОСТ 2874-82.

Однако в современныхусловиях питьевая вода может содержать различные загрязнения, общее количество которыхдостигает 3000 [6, 7]. Некоторые из этих загрязнений являются живыми организмами (микробы,вирусы, одноклеточные водоросли) или продуктами распада живой материи (гуминовыекислоты, хлорофилл, аминокислоты) и их производными. Кроме того, в воде могутприсутствовать ксенобиотики - вещества, абсолютно чужеродные человеческому организму.Эти вещества не вступают в нормальные реакции обмена веществ и задерживаются в организмев качестве балластных шлаков.

Многие вещества-загрязнители оказывают на организмтоксическое действие, повреждают оболочки и генетический аппарат клеток, нарушаютфункции жизненно-важных органов, ускоряют процессы старения.Биологические методы очистки сточных и других вод общепризнанно считаютсянаиболее экономически эффективными и экологически приемлемыми для удаления такназываемых макрозагрязнений (биоразлагаемых органических веществ, соединений азота,фосфора, серы и т.д.).

Однако эти методы часто оказываются недостаточно эффективными вотношении загрязнения грунтовых вод диоксинами и их производными, фосфонатнымипестицидами (интенсивное сельское хозяйство), метилтретбутиловым эфиром (МТБЭ,популярной добавкой к бензинам для повышения октанового числа), бытовой химией,фармацевтическими препаратами.После биоразложения, как правило, применяется доочистка стоков с помощьюконцентрированного или электролизного гипохлорита для выполнения требований ПДК ксодержанию бактерий и микроорганизмов в сбрасываемых в поврехностные источники (реки,залив) сточных водах. Однако в этом случае не выполняются требования по отсутствию хлора всточных водах.

В случаях, когда доочистка не используется, как, напрмер, на ФГУП12«Водоканал Санкт-Петербурга», не выполняются требования к содержанию бактерий имикрооргвнизмов в сбросах с очистных сооружений, попадающих в реку и залив.Поэтому остро стоит задача поиска более дешевых и экологичных технологий как дляобеззараживания питьевой воды, так и технологий дооочистки стоков без хлорсодержащихреагентов, не уступающих применяемым технологиям с использованием гипохлорита в частиэффективности и стоимости.1.2 Сравнительный анализ реагентов и технологий для очисткипитьевой воды и стоковНасегодняшнийденьсуществуетмножествореагентовитехнологийдляобеззараживания воды: хлор, гипохлорит натрия, диоксид хлора, озон, ультрафиолет и ещѐ рядальтернативных технологий [8].Традиционно обеззараживание воды производилось жидким хлором, который как отходот производства каустической соды по низкой цене доставлялся на станции обеззараживания.Хлор применялся в газообразном виде, что требовало соблюдения строжайших мербезопасности.

Утечка хлора грозит сильнейшими отравлениями людям, попавшим в зону егораспространения, так как в силу большего удельного веса по сравнению с воздухом хлорраспространяется над поверхностью земли.Хлор эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов, обладает последействием,предотвращает рост водорослей и биообрастаний, разрушает органические соединения(фенолы), окисляет железо и магний, разрушает сульфид водорода, цианиды, аммиак и другиесоединения азота, но обладает повышенными требованиями безопасности при перевозке, вслучае утечки несет потенциальный риск здоровью. Побочными продуктами дезинфекцииявляются тригалометаны (ТГМ), броматы в присутствии бромидов [8].Со временем, с появлением технологии обеззараживания с использованием гипохлорита,на крупных станциях начали устанавливать электролизеры, вырабатывающие гипохлорит,откуда он также доставлялся на станции обеззараживания малой мощности.

Гипохлорит натрияприменяется в жидком виде (товарная концентрация растворов - 10 -12%), возможно получениеего на месте применения электрохимическим способом [9]. Гипохлорит обладает меньшимокислительным потенциалом по сранению с хлором, для дезинфекции требуются более высокиедозировки и пролонгированное время контакта (таблица 1.1).Диоксид хлора получают только на месте применения, что требует перевозки и хранениялегковоспламеняющихся исходных веществ. В настоящее время он считается самым13эффективным дезинфектантом из хлорсодержащих реагентов для обработки воды приповышенных рН. Он используется в небольших дозах, не образует хлораминов, не способствуетобразованию тригалометанов, разрушает фенолы - источник неприятного вкуса и запаха,эффективно окисляет и дезинфициркет все видов микроорганизмов, включая цисты (Giardia,Cryptosporidium) и вирусы, не образует броматов и броморганических побочных продуктовдезинфекции в присутствии бромидов, способствует удалению из воды железа и магния путемих быстрого окисления и осаждения оксидов.

Диоксид хлора образует хлораты и хлориты, что всочетании с некоторыми материалами и веществами приводит к проявлению специфическогозапаха и вкуса [8].Таблица 1.1 Окислительные потенциалы применяемых реагентовОкислительРеакцияЕ°,ВХлорCl2(г)+2e→ 2Cl-1.36ГипохлоритClO-+H2O+2e→ Cl-+2OH-0.88HСlO+H++2e→ Cl-+H2O1.50ClO2+4H++5e→ Cl-+2H2O1.50ClO2+2H2O+5e→ Cl-+4OH-0.85ПерхлоратClO4-+8H++8e→ Cl-+4H2O1.38ОзонO3+2H++2e→ O2+H2O2.07Пероксид водородаH2O2+2H++2e→ 2H2O1.77ПерманганатMnO4-+4H++3e→MnO2+2H2O1.69MnO4-+8H++5e→Mn2++4H2O1.51FeO42-+8H++3e→Fe3++4H2O2.20Диоксид хлораФеррат (VI)Хлорамин образуется при взаимодействии аммиака с соединениями активного хлора ииспользуется как дезинфектант пролонгированного действия.

Он обладает следующимидостоинствами: устойчивое и долговременное последействие, удаляет неприятный вкус и запах,снижает уровень образования тригалометанов и других хлорорганических побочных продуктовдезинфекции, предотвращает образование биообрастаний в системах распределения.