Метою роботи є розроблення науково-методологічних основ екологічно безпечних технологій очищення стічних вод сорбентами мінерально-сировинної бази України. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: - провести оцінку екологічної безпеки забруднення довкілля барвниками, органічними розчинниками та радіонуклідами, оцінити перспективу застосування природних сорбентів в адсорбційних процесах та проаналізувати існуючі теоретичні моделі адсорбції в системі тверде тіло-рідина; - розробити класифікацію об'єктів очищення та природних дисперсних сорбентів, що можуть застосовуватись в екологічно безпечних технологіях очищення стічних вод; - закласти теоретичні засади моделювання процесів очищення рідинних середовищ адсорбцією на природних сорбентах та запропонувати математичну модель процесу адсорбції для визначення лімітуючої стадії процесу на основі розрахунку зовнішньо- та внутрішньодифузійних параметрів; - теоретично та експериментально дослідити процес кислотного модифікування бентонітів та встановити оптимальні умови його перебігу, для інтенсифікування процесу сорбції забрудника із стічних вод; - провести дослідження структури природного глинистого мінералу Язівського родовища сірки та зразків мінералу модифікованого фероціанідами та гідроксидами перехідних металів; - експериментально та теоретично дослідити кінетику адсорбції органічних барвників на природних дисперсних сорбентах та запропонувати принципово нову технологічну схему очищення; - дослідити перспективність використання природних та модифікованих сорбентів для очищення стоків від органічних розчинників, встановити значення кінетичних коефіцієнтів процесу та запропонувати принципову технологічну схему очищення стоків; - дослідити кінетику сорбції цезію та стронцію з рідких радіоактивних відходів на модифікованих глинистих мінералах та встановити оптимальні умови перебігу цього процесу; - провести ідентифікацію експериментальних даних адсорбції радіонуклідів існуючим теоретичним ізотермам сорбції; - встановити вплив фонових електролітів, конкуруючих іонів, продуктів корозії обладнання та вмісту ПАР на сорбційне вилучення Cs-137 та Sr-90 із рідких радіоактивних відходів; - дослідити аспекти використання рідинної хроматографії в промислових умовах для розділення суміші органічних розчинників та запропонувати принципову нову технологічну схему процесу. № з/п Назва розділу Стор Перелік умовних позначень, символів, одиниць 10 ВСТУП 12 1. РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ 20 1.1. Аналіз масштабів забруднення рідинного середовища 20 1.2. Аналіз переваг та недоліків відомих процесів очищення рідинних середовищ 27 1.2.1 Забруднення водного середовища синтетичними барвниками та аналіз перспективних технологій очищення 27 1.2.2 Аналіз процесів очищення водного середовища від органічних розчинників 37 1.2.3 Аналіз процесів очищення водного середовища від радіоактивних відходів 40 1.3. Аналіз сировинної бази та фізико-хімічних властивостей природних сорбентів 52 1.3.1. Природні цеоліти 5 2 1.3.2. Бентоніти 55 1.3.3. Палигорськіти 5 6 1.3.4. Глауконіти 58 1.4. Теоретичні основи опису процесу рівноваги сорбції забрудників з водного середовища на натуральних сорбентах 60 1.4.1. Ізотерми для однокомпонентних систем 60 1.4.2. Ізотерми багатокомпонентних систем 64 1.5. Теоретичні основи застосування селективної адсорбції (промислової рідинної хроматографії) для розділення полікомпонентних сумішей органічних розчинників 66 1.6. Цілі і завдання дослідження 70 2. РОЗДІЛ 2 АНАЛІТИЧНИЙ ТА ЕКСШРИМЕНТАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ОБ'ЄКТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ. АДАПТАЦІЯ МЕТОДИК 72 АНАЛІЗІВ ДО УМОВ ДОСЛІДЖЕНЬ 2.1. Класифікація об'єктів очищення та застосовуваних адсорбентів 72 2.2. Дослідження властивостей та особливостей будови кислотно-модифікованих бентонітів Ільницького родовища 75 2.2.1. Дослідження складу бентоніту та особливостей його зміни в процесі кислотного модифікування 75 2.2.2. Розроблення методики експрес-аналізу ступеня руйнування Ільницького монтморилоніту в процесі кислотного модифікування 82 2.2.3. Методика визначення вмісту іонів заліза (Fe ) в кислотному розчині в процесі модифікування бентонітів 84 2.2.4. Методика встановлення дисперсного складу подрібненого бентоніту 90 2.3. Моніторинг забруднення стічних вод барвниками 91 2.3.1. Аналіз джерел та масштабів забруднень 91 2.3.2. Особливості локалізації забрудників в масштабах України 97 2.3.3. Оцінка міри небезпеки забрудників для навколишнього середовища 99 2.3.4. Фізико-хімічні характеристики барвників та адаптація методики визначення їх вмісту у стічних водах до умов експериментів 100 2.4. Моніторинг забруднення стічних вод органічними розчинниками 106 2.4.1. Аналіз джерел та масштабів забруднень 106 2.4.2. Особливості локалізації забрудників в масштабах України 109 2.4.3. Оцінка міри небезпеки забрудників для навколишнього 110 середовища 2.4.4. Фізико-хімічні характеристики гексану та адаптація методики визначення його вмісту в стічних водах до умов експериментів 110 2.5. Методика модифікування бентонітових глин Язівського родовища сірки 113 2.5.1. Підготовка глинистого мінералу 113 2.5.2. Методика модифікування фероціанідами заліза (III) та міді (II) 113 2.5.3. Методика модифікування гідроксидами перехідних металів 115 2.6. Методика дослідження хімічного складу та структури сорбційних матеріалів на основі модифікованої бентонітової глини 117 2.7. Методика дослідження процесу сорбційного вилучення цезію та стронцію 121 2.7.1. Методика дослідження сорбції Sr та Cs 121 2.7.2. Методика дослідження дезактивації розчинів, що містять Cs-137TaSr-90 121 2.7.3. Методики розрахунку основних параметрів сорбції рідких радіоактивних відходів 124 2.8. Класифікація способу модифікування природних сорбентів 124 Висновки та узагальнення до розділу 2 127 РОЗДІЛ З ТЕОРЕТИЧНИЙ ТА МЕТОДОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ 3. ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ РІДИННИХ СЕРЕДОВИЩ В СИСТЕМАХ З ПРИРОДНИМИ СОРБЕНТАМИ 129 3.1. Теоретичні основи моделювання процесів очищення рідинних середовищ адсорбцією природними сорбентами 130 3.1.1. Життєвий цикл природних сорбентів, які застосовуються для очищення рідинних середовищ 130 3.1.2. Теоретичні основи процесів модифікування природних дисперсних сорбентів з ціллю використання їх в подальшому для сорбції 132 3.2. Фізична модель кислотного модифікування бентонітів 135 3.2.1. Методологічний аналіз процесу кислотного модифікування Ільницького монтморилоніту 137 3.2.2. Дослідження адсорбційних властивостей адсорбентів у нативній та модифікованій формі в апараті з мішалкою 140 3.2.3. Дослідження адсорбційних властивостей модифікованих адсорбентів шляхом фільтрування забрудненого середовища через шар сорбенту 141 3.3. Теоретичні основи процесу сорбції забрудників на природних дисперсних сорбентах 142 3.3.1. Встановлення механізму сорбції шляхом оцінки впливу гідродинаміки на процес адсорбції 145 Висновки та узагальнення до розділу 3 152 4. РОЗДІЛ 4 ПРОЦЕСИ МОДИФІКУВАННЯ ПРИРОДНИХ ДИСПЕРСНИХ СОРБЕНТІВ ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ АДСОРБЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ 153 4.1. Вплив режимних параметрів на процес модифікування бентонітів розчином сульфатної кислоти в реакторі з мішалкою 153 4.1.1 Вплив температури на процес модифікування бентонітів розчином сульфатної кислоти 153 4.1.2 Вплив гідродинаміки на процес модифікування бентонітів розчином сульфатної кислоти 156 4.1.3 Вплив початкової концентрації сульфатної кислоти на процес модифікування бентонітів 158 4.2. Математична модель процесу модифікування бентонітів 159 розчином сульфатної кислоти в апараті з мішалкою 4.3. Сумісне модифікування бентонітів розчином сульфатної кислоти та помел у кульовому млині 166 4.4. Дослідно-промислова апробація технології кислотного модифікування бентонітів 175 4.5. Дослідження впливу режимів модифікування Язівських глин на їх властивості та особливості зміни структури 177 4.5.1. Рентгенофазовий аналіз природного та модифікованого мінералу 179 4.5.2. Аналіз інфрачервоних спектрів модифікованих глинистих сорбентів 184 Висновки та узагальнення до розділу 4 189 5 РОЗДІЛ 5. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ СОРБЦІЇ БАРВНИКІВ НА ПРИРОДНИХ 190 ДИСПЕРСНИХ СОРБЕНТАХ 5.1. Експериментальні дослідження сорбції барвників на природних дисперсних сорбентах та інтерпретація результатів 190 5.1.1. Дослідження кінетики сорбції барвників активного алого 4ЖТ та аніонного червоного 8С палигорськітом, бентонітом та 190 глауконітом 5.1.2. Дослідження кінетики адсорбції барвника аніонного червоного 8С глауконітом 192 5.1.3. Дослідження кінетики адсорбції барвника аніонного червоного 8 С палигорськітом 194 5.2. Моделювання внутрішньо дифузійного процесу адсорбції барвників природними сорбентами 196 5.3. Моделювання зовнішньодифузійного процесу адсорбції барвників природними сорбентами 200 5.4. Ідентифікація експериментальних даних відомим теоретичним моделям адсорбції 203 5.5. Аспекти промислового впровадження технології очищення стоків від барвників із використанням природних дисперсних сорбентів 207 Висновки та узагальнення до розділу 5 210 6. РОЗДІЛ 6. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ СОРБЦІЇ ОРГАНІЧНИХ РОЗЧИННИКІВ НА ПРИРОДНИХ ДИСПЕРСНИХ СОРБЕНТАХ 211 6.1. Дослідження адсорбційного очищення стоків, забруднених гексаном, природними дисперсними сорбентами 212 6.1.1. Кінетика адсорбції гексану бентонітом 213 6.1.2. Кінетика адсорбції гексану глауконітом 215 6.1.3. Кінетика адсорбції гексану палигорськітом. 217 6.2. Прогнозування процесу адсорбції гексану природними та модифікованими сорбентами на основі математичної моделі 219 6.2.1. Моделювання внутрішньо дифузійного процесу адсорбції гексану природними сорбентами 219 6.2.2. Моделювання зовнішньодифузійного процесу адсорбції гексану природними сорбентами. 221 6.3. Технологічна схема очищення стічних вод від органічних забрудників природними сорбентами 225 6.4. Апробація технології очищення стоків від гексану 228 Висновки та узагальнення до 6 розділу 230 РОЗДІЛ 7 СОРБЩЙНІ ПРОЦЕСИ ОЧИЩЕННЯ ВОДНИХ 7. СЕРЕДОВИЩ ВІД РАДІОНУКЛІДІВ ЦЕЗІЮ ТА СТРОНЦІЮ 231 МОДИФІКОВАНИМИ БЕНТОНІТОВИМИ ГЛИНАМИ ЯЗІВСЬКОГО РОДОВИЩА 7.1. Оптимальні умови сорбційного очищення 231 7.1.1. Вплив режиму перемішування на ефективність сорбційного 231 очищення. 7.1.2. Вплив співвідношення "рідина : тверда фаза" на ефективність 233 сорбції. 7.1.3. Вплив інтервалу рН на ефективність сорбції 236 7.2. Визначення присутності металів-модифікаторів у розчинах 239 після сорбційного очищення 7.3. Кінетика та механізм сорбції цезію та стронцію 241 модифікованими мінералами 7.4. Ідентифікація експериментальних даних відомим типам 243 ізотерм адсорбції 7.5. Вплив іонів електролітів на інтенсивність очищення РРВ від 252 Cs-137TaSr-90 7.5.1. Дезактивація мінералізованих розчинів 252 7.5.2. Очищення розчинів промивання апаратури, забруднених продуктами корозії 257 7.5.3. Очищення дезактиваційних розчинів 259 7.6. Десорбція Cs-137 та Sr-90 з відпрацьованих сорбентів 264 7.7. Технологічної схеми очищення рідких радіоактивних відходів 267 від cs-137 та Sr-90 7.7.1. Вимоги до технологічної схеми очищення РРВ сорбційним методом із застосуванням модифікованих глинистих мінералів 267 7.7.2. Схема очищення РРВ сорбційним методом 269 7.7.3. Кондиціонування відпрацьованих сорбційних матеріалів 276 Висновки та узагальнення до розділу 7 277 РОЗДІЛ 8. РОЗДІЛЕННЯ ПОЛІКОМПОНЕНТНИХ 8. СУМІШЕЙ ОРГАНІЧНИХ РОЗЧИННИКІВ 279 ПРОМИСЛОВОЮ ХРОМАТОГРАФІЄЮ 8.1. Експериментальні дослідження безперервних. .280 хроматографічних процесів для двохкомпонентних сумішей 8.1.1. Встановлення коефіцієнтів активності 280 8.1.2. Розрахунок моделі ізотерми адсорбції 284 8.2. Експериментальні дослідження безперервних хроматографічних процесів для трьохкомпонентних сумішей 289 8.2.1. Визначення коефіцієнтів активності 289 8.2.2. Розрахунок моделі ізотерми адсорбції 294 8.3. Технологічна схема очищення стічних вод забруднених багатокомпонентними сумішами органічних розчинників рідинною хроматографією високого тиску (HPLC) 302 Висновки та узагальнення до розділу 8 305 ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ 306 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 309 ДОДАТКИ 342