Диссертация (1141579), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В связи с этим былопроведено исследование влияние температуры на эффективность сорбционных иионообменных процессов. Были определены выходные концентрации ТМ и НПпри очистке модельного раствора ПСВ на многокомпонентной фильтрующейзагрузке в динамических условиях.Экспериментальные исследования эффективности очистки в динамическихусловиях выполнялись по методике, описанной в п.3.3, однако в этой серииэкспериментовфильтрованиепроводилосьвхолодильнойкамерепритемпературе 2, 5, 8 и 12С. Модельный раствор и сорбционная колонкапомещались в холодильную камеру (рисунок 38) с заданной температурой неменее чем на 12 часов, затем проводилось фильтрование (также в холодильнойкамере).
Эксперимент при каждом значении температуры проводился втрёхкратной повторности (см. рисунки 39, 40).78Рисунок 38 - Фильтровальная колонка в холодильной камереВыходные концентрации, мг/л0,1400,120Cuy= 0,0626x-0,16R² = 0,8873Fey= 0,1225x-0,29R² = 0,9688Aly= -0,0025x + 0,082R² = 0,99150,1000,0800,0600,040Pb0,020y= 0,1513x-0,213R² = 0,88960,000051015Температура, ˚С20Рисунок 39 - Зависимость эффективности очистки от тяжелых металлов на фильтрационнойколонке от температурыУстановлено,чтоприпадениитемпературыот+20Сдо+2С,эффективность очистки от тяжелых металлов снижается на 4,8-9,6%. Этот факт79свидетельствует о преобладании процессов хемосорбции и ионного обмена приВыходные концентрации, мг/лизвлечении ионов металлов на многокомпонентной фильтрующей загрузке.0,80,6НП = 0,3496x0,1186R² = 0,87910,40,20,005101520Температура, ˚СРисунок 40 - Зависимость эффективности очистки от нефтепродуктов на фильтрационнойколонке от температурыПонижение температуры приводит к увеличению эффективности очисткинефтепродуктов на фильтрационной колонке с многокомпонентной загрузкой, чтохарактерно для процесса физической адсорбции [211].
Это также свидетельствуето физической природе сил, удерживающих сорбированные нефтепродукты наповерхности сорбента. Кроме того, снижение температуры приводит кувеличению вязкости части нефтепродуктов, находящихся в эмульгированномсостоянии и повышению эффективности её извлечения при механическомфильтровании через загрузку.3.5 Исследование эффективности очистки нефтепродуктов и тяжелыхметаллов на пилотной установкеТрадиционно для моделирования процессов объемного фильтрованияприменяются установки типа фильтровальная колонна [212].
Данная конструкцияудовлетворяет потребности в изучении процессов фитофильтрации с учетомнекоторых особенностей:80 Необходимость наличия системы освещения. Необходимость наличия системы полива растений (независимой отподачи модельного раствора сточных вод). Часть колонны, находящаяся над поверхностью фильтрующей загрузкидолжны быть выполнена из прозрачного материала, чтобы не препятствоватьосвещению растений. Площадь колонны и высота слоя фильтрующей загрузки должны бытьдостаточны для развития корневой системы растений.С учетом указанных требований была разработана пилотная лабораторнаяустановка фитофильтрования.
Фитофильтровальные колонны (ФФК) быливыполнены из канализационных труб ПВХ диаметром 160 мм. Схема заполненияколонн представлена на рисунке 41. Многокомпонентная фильтрующая загрузкасостояла из торфа Пальтинского месторождения (г. Краснокамск), природногоцеолита Татарско-Шатрашанского месторождения фр. 1–3 мм и песка мелкогостроительного намывного ГОСТ 8736-2014 в соотношении 1:2:7 по объему.В фильтрующие колонны были высажены Тростник обыкновенный(Phragmites commúnis), Рогоз широколистный (Týpha latifólia) и Ирис болотный(Iris pseudacorus) по 3 колонны с растением каждого вида. Указанные видывыбраны на основании проведенного анализа 15-ти травянистых растенийраспространенных в умеренных широтах и отвечающих следующим требованиям:влаголюбивость, мощная корневая система, неприхотливость, зимостойкость.Также было предусмотрено 3 контрольные колонны без растений [213].81Рисунок 41 – Конструкция фитофильтровальной колонныВ качестве источника воды для полива и приготовления модельногораствора служит централизованный водопровод.
Водопроводная вода, прошедшаямеханическую очистку на картриджных фильтрах, набиралась в расходнуюемкость объемом 50 л, откуда погружным насосом производилась подачаполивочной воды по распределительной трубе в фильтрующие колонны спериодичностью 1 раз в сутки по сигналу таймера. Объем поливочной водысоставляет 1,5 л на каждую фильтрующую колонну. Избытки воды, прошедшиечерез систему колонны отводились в канализацию.С целью обеспечения жизнедеятельности растений предусмотрена системаосвещения с люминесцентными лампами OSRAM FLUORA 36W (4 шт.). Данныелампы разработаны специально для выращивания растений и обладаютоптимальнымпроизводилосьспектромвосвещения.автоматическомВключениережимеисвыключениепомощьюламптаймера.Продолжительность фотопериода составляла 14 часов в сутки [213].Схема и внешний вид пилотной установки фитофильтрования показаны нарисунках 42, 43.82Рисунок 42 - Схема пилотной установки фитофильтрованияфитофильтр1 – подача водопроводной воды; 2 – фильтр механической очистки;; 3 – расходная емкость;4 – погружной насос; 5 – таймер управления поливом; 6 – таймер управления освещением;7 – распределительнаяаспределительная система подачи поливочной воды; 8 – капельница; 9 – люминесцентнаяфитолампа; 10 – прозрачная труба h=250мм; 11 – фитофильтрационная колонна;12 – деревянный каркас; 13 – пробоотборный шланг; 14 – отводящий трубопровод; 15 – сброс вканализациюРисунок 43 - Внешний вид пилотной установки фитофильтрования (контрольн(контрольные колоннырасполрасполагалисьгались отдельно и в кадре отсутствуют)83Дляподачимодельногораствораповерхностныхсточныхводиндивидуально в каждую колонну использовалась дополнительная емкостьобъемом 50 л и погружной насос.Отбор проб очищенной воды происходил из гибких ПВХ шлангов в днищеколонн.
Эффективность очистки оценивали по разнице входных (см. таблицу 22)и выходных (см. таблицу 23) концентраций загрязняющих веществ.На каждую колонну в течение 7 недель подавалось по 50 л модельногораствора ПСВ (двумя порциями по 25 л с интервалом 3-4 дня). Всего на каждуюколонну в течение было подано 350 л имитата, что эквивалентно подлежащемуочистке годовому объему поверхностного стока с селитебных территорий ипромышленных предприятий первой группы при слое осадков 600 мм/год иплощади фитофильтра равной 2,5% непроницаемых поверхностей водосбора.Отбор проб фильтрата с определением степени очистки от загрязняющих веществпроводился после пропуска каждых 50 литров имитата.Таблица 22 - Состав имитата поверхностных сточных водПоказательРеагент для приготовления имитата Концентрация,ПСВмг/лПДК р.х., мг/лНефтепродукты,мг/лСмесь бензина-растворителяНефрас С2-80/120 ииндустриального масла И-20А вравных пропорциях (по объему)300,05ЖелезоFeCl3 х 6Н2О ч.д.а.
ГОСТ 4147-7410,1МедьCuCl2 х 2Н2О ч.д.а. ГОСТ 4167-740,30,001СвинецPb(NO3)2 х.ч. ГОСТ 4236-770,50,006ЦинкZnSO4 х 7Н2О ч.д.а. ГОСТ 4174-770,40,04АлюминийAl2(SO4)3 х.ч. ГОСТ 12966-850,50,01ВзвешенныеСмёт с автомобильной дороги,500Фон+0,25 мг/лвещества*просеянный через сито № 008* - эффективность очистки от взвешенных веществ оценивалась на следующем этапеэксперимента, представленном в п. 3.7.Контроль за содержанием нефтепродуктов в фильтрате и модельномрастворе ПСВ осуществляли гравиметрическим методом по ПНД Ф 14.1:2.116-97путем экстракции четыреххлористым углеродом с последующим удалением84полярных углеводородов через колонку с AI2O3.
Содержание тяжелых металловопределялось фотометрическим способом на приборе Spectroquant NOVA 60.Выходныеконцентрациизагрязняющихвеществпослефитофильтровальных колонн представлены в таблице 23.Таблица 23 - Диапазон и среднее значение концентраций загрязняющих веществ в фильтратепосле фитофильтрационных колоннВидрастения(номераколонн)НПCuAlPbFeZnРогоз(ФФК1–3)0,43-1,210,620,003-0,0060,0050,01-0,050,0340,1-0,130,1190,025-0,1080,750,05-0,120,09Тростник(ФФК4–6)0,273-0,618 0,001-0,0090,5120,0070,01-0,080,0350,068-0,170,0970,024-0,1250,860,05-0,1510,086Ирис(ФФК7–9)0,227-1,340,670,002-0,0060,0050,01-0,020,0170,1-0,140,1090,04-0,0620,0510,04-0,120,064Контроль(ФФК10–12)0,49-1,360,860,002-0,0070,0050,01-0,030,0220,152-0,161 0,032-0,1120,1640,0930,07-0,1350,112ПДК р.х.0,050,0010,040,0060,1результатовработыпилотнойНаДиапазон концентраций загрязняющих веществ в фильтрате, мг/лСредняя концентрация в фильтрате, мг/лоснованиианализа0,01установкифитофильтрования были сделаны следующие выводы.
Эффективность очисткиповерхностных сточных вод составила: от нефтепродуктов 95,5-98,9%, Cu – 9799,3%, Al – 80-86,4%, Pb – 66-86,4%, Fe – 87,5-97,5%, Zn – 70,2-92,5%. С учетомвысокой сорбционной способности многокомпонентной загрузки, вклад растенийи микроорганизмов в процесс очистки во время фильтрования оказалсянезначительным. Значимой разницы в эффективности очистки на колоннах срастениями и контрольных колоннах зафиксировано не было. Это может бытьобъясненозначительноболеевысокойскоростью прохожденияфизико-химических процессов сорбции и ионного обмена на фильтрующей загрузке посравнению с биохимическими процессами, проходящими с участием растений иризосферных микроорганизмов [213].853.6 Исследование процесса фиторегенерации фильтрующей загрузки отнефтепродуктов и тяжелых металловДляоценкианализироваласьскоростидинамикафиторегенерацииизмененияфильтрующейконцентрациизагрузкинефтепродуктовиподвижных форм тяжелых металлов в корнеобитаемом слое фильтрующейзагрузкивтечение2-хмесяцевпослепрекращенияподачиимитатаповерхностных сточных вод.Ввиду незначительного времени, прошедшего после пересадки растений вмногокомпонентную загрузку (порядка 5 месяцев), корневая система не успелаполностью восстановиться и занять весь объем фильтрующей загрузки.
В связи сэтим отбор многокомпонентной загрузки производился из прикорневой зонырастений, максимально близко к корням. Для определения содержаниянефтепродуктов в многокомпонентной фильтрующей загрузке производилось ихэкстракция четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов наокисиалюминиявколонке.Концентрациятяжелыхметалловвмногокомпонентной фильтрующей загрузке определялась по методике ЦИНАО[ 214 ]. Ввиду того, что растения и почвенные микроорганизмы способныпоглощать только подвижные формы металлов, в качестве экстрагентаиспользовался ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН=4,8 [213]..Результатыисследованияскоростифиторегенерациифильтрующейзагрузки под воздействием высших растений приведены на рисунках 44, 45.Установлено, что средняя скорость снижения концентрации тяжелыхметаллов в колоннах с Ирисом болотным составила: Cu – 8,33 мг/кг∙мес, Al –4,39 мг/кг∙мес, Pb – 2,83 мг/кг∙мес, Fe – 7,77 мг/кг∙мес, Zn – 10,93 мг/кг∙мес, вколоннах с Тростником обыкновенным: Cu – 2,00 мг/кг∙мес, Al – 2,85 мг/кг∙мес,Pb – 0,58 мг/кг∙мес, Fe – 7,67 мг/кг∙мес, Zn – 2,97 мг/кг∙мес.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
