ИСТИНА

Актуальность работы. Проблема очистки поверхностных вод от техногенных загрязнений является одной из наиболее важных и одновременно трудно решаемых задач современности. В последние годы техногенное воздействие на водные источники приняло глобальный характер, в т.ч. на территории России (1986 - 2005 гг.) имело место ряд чрезвычайных ситуаций, в ходе которых происходили экстраординарные загрязнения водоемов - источников водоснабжения крупных городов. Увеличивающиеся масштабы производства, высокая вероятность аварийных, залповых загрязнений воды, повышение барьерной роли очистных сооружений и ужесточение требований к качеству воды делают необходимым поиск более эффективных способов удаления загрязнений из поверхностных вод, которые позволяют глубоко извлекать токсичные техногенные примеси и получать воду в соответствии с требованиями СанПиН. К таким технологиям относится сорбционная очистка воды, а также сорбционные методы очистки с использованием озона. Наиболее часто встречаемыми, токсичными и одновременно трудноудаляемыми из техногенных загрязнений являются нефтепродукты и фенолы. Именно соединения этих групп чаще определяются в воде, как выходящие за нормы предельно допустимых концентраций (ПДК). В последнее время появились новые, альтернативные гранулированным и порошкообразным активированным углям, высокоэффективные сорбенты - углеродные волокнистые материалы, которые еще не нашли широкого применения в очистке воды. Указанные материалы имеют весьма высокие показатели сорбционной активности, высокий потенциал потребительских характеристик, и поэтому представляют научный и практический интерес для изучения эффективности применения их в процессах очистки воды от техногенных загрязнений. Целью диссертационной работы является исследование процессов очистки поверхностных вод от техногенных загрязнений с использованием новых углеродных волокнистых сорбентов (УВС) с изучением их основных характеристик и особенностей их свойств. Основные поставленные задачи: 1. Исследование и выявление особенностей сорбционных свойств и характеристик углеродных волокнистых сорбентов. 2. Изучение основных закономерностей процесса сорбционной очистки воды на углеродных волокнистых сорбентах. 3. Определение эффективности применения УВС в условиях экстраординарного загрязнения воды нефтепродуктами. 4. Исследование процессов очистки воды с применением углеродных волокнистых сорбентов в комбинации с озонированием. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: 1. Определены основные сорбционные характеристики активированных (УВС-А) и карбонизированных (УВС-К) углеродных волокнистых сорбентов, как 5 новых типов сорбентов для очистки воды. Получены константы сорбции и значения сорбционной емкости углеродных волокнистых сорбентов. 2. Выявлены основные отличия сорбционных характеристик углеродных волокнистых материалов от традиционных гранулированных активных углей (ГАУ), заключающиеся в высокой начальной скорости сорбции, что позволяет удалять из воды органические загрязнения при малом времени контакта. 3. Определены значения удельной динамической емкости углеродного волокнистого сорбента и коэффициента защитного действия слоя УВС. 4. Выявлена высокая химическая устойчивость УВС к воздействию озона в воде. 5. Получены новые данные о ходе процесса сорбции на УВС в комбинации с озонированием воды. Достигнут высокий эффект удаления фенола при реализации сорбции на УВС в комбинации с озонированием воды. Практическая значимость работы заключается в следующем: - по результатам исследований разработаны методические рекомендации по применению углеродного волокнистого сорбента в процессах очистки воды от растворенных органических соединений; - замена сорбционной загрузки ГАУ на углеродный волокнистый сорбент позволяет значительно уменьшить объем и массу сорбционной загрузки и, как следствие, уменьшить габариты сорбционных аппаратов при сохранении производительности и эффективности очистки воды; - показана целесообразность замены фильтров с ГАУ на фильтры с УВС. Расчетный годовой экономический эффект от замены одного сорбционного фильтра составит около 0,7 млн. рублей; Внедрение результатов работ. Результаты работ внедрены при создании очистных сооружений подготовки воды на Лианозовском молочном комбинате в г. Москве, а также использованы при подготовке: - рекомендаций на проектирование сооружений противоаварийной защиты Южного водопровода и Северного ковшового водозабора г. Уфы; - рекомендаций для проектирования сооружений очистки поверхностных вод на фильтрах с загрузкой УВС. Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных и пилотных установках с реальными водами, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, применением стандартных методов измерения и точного измерительного оборудования. Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены автором на международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам Секция «Химия» «ЛОМОНОСОВ-2004» (г.Москва, 12-15 апреля 2004 г.), «ЛОМОНОСОВ-2005» (г.Москва, 12-15 апреля 2005 г.), на Международном конгрессе «ЭТЭВК-2005» (г.Ялта, 24-27 мая 2005 г.), на Первой Всероссийской Конференции «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» (г.Москва, 7-9 июня 2005 г.), на Четвертой Международной конференции «УГЛЕРОД: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (г.Москва, 6 26-28 октября 2005 г), на Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ-2006 (г.Москва, 12-15 апреля 2006 г.). Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 15-ти печатных изданиях. Из них в изданиях, включенных в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которые должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук» - 2 статьи. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 171 страницах, содержит 57 рисунков, 39 таблиц, 4 фотографии и 110 литературных ссылок.