Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Донецький національний університет

УДК 628.543

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Очищення стічних вод від нафтопродуктів, барвників і важких металів донецьким природним мезопористим вугіллям

21.06.01 - екологічна безпека

Прохоренко Світлана Пилипівна

Донецьк - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому національному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Ступін Олександр Борисович, Донецький національний університет, завідувач кафедри фізики нерівноважних процесів, метрології і екології, Заслужений діяч науки і техніки України, Лауреат Державної премії України у галузі науки й техніки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Висоцький Сергій Павлович, Донецький національний технічний університет, завідувач кафедри екології і безпеки життєдіяльності;

доктор технічних наук, професор Филипчук Віктор Леонідович, Національний університет водного господарства і природокористування (м. Рівне), завідувач кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності.

Захист відбудеться 9 листопада 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.051.09 Донецького національного університету за адресою: 83001, м. Донецьк, пр. Театральний, 13.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького національного університету за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Університетська, 24.

Автореферат розісланий 8 жовтня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н. Н.В.Биковська

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Інтенсивний розвиток промисловості, транспорту, перенаселення ряду регіонів нашої планети привело до значного забруднення гідросфери. По даним Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) близько 80% всіх інфекційних хвороб у світі пов'язано з незадовільною якістю питної води й порушеннями санітарно-гігієнічних норм водопостачання.

Сьогодні величезна кількість забруднюючих речовин вноситься в поверхневі й підземні води (що є джерелами для одержання питної води) зі стічними водами (СВ) промислових підприємств, підприємств сільського та комунального господарств, а також поверхневим стоком із прилягаючих територій.

У зв'язку із цим одним з першочергових завдань в області екологічної безпеки гідросфери, і, відповідно, охорони здоров'я людини є завдання якісного очищення стічних вод. Останнє, як правило, можна здійснити з використанням методу сорбції. До його переваг відносяться: можливість вилучення забруднень практично до будь-якої залишкової концентрації, відсутність вторинних забруднень, керованість процесом. На практиці, коли в технологічному ланцюзі очищення задіяні різні методи очищення СВ, блок сорбції розташовується в кінці, для того, щоб здійснити глибоке доочищення стічних вод.

У світовій практиці використання сорбентів визнано досить перспективним для глибокого очищення й доочищення стічних вод (СВ) від розчинних органічних і неорганічних забруднюючих речовин, у тому числі й від іонів важких металів (ВМ).

Для очищення промислових стічних вод необхідні різні сорбенти: як високочисті й високоємні (в основному дорогі й дефіцитні), так і поглиначі середньої ємності й вибірковості. Останнім часом значний інтерес викликають сорбенти, в яких більш низька сорбційна ємність і селективність може компенсуватися доступністю і невисокою вартістю. У цьому напрямку більші перспективи має донецьке природне мезопористе вугілля.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до координаційних планів науково-дослідної роботи кафедри фізики нерівноважних процесів, метрології та екології фізичного факультету Донецького національного університету в рамках держбюджетних тем: «Розробка методу сорбційного очищення стічних вод промислових підприємств за допомогою мезопористого вугілля та природних неорганічних сорбентів» (1997, номер державної реєстрації 0196U013127) і «Розробка та дослідження сорбентів на основі вугільно-мінеральних комплексів для глибокого очищення природних і стічних вод» (2006, номер державної реєстрації 0106U001953).

Мета й завдання дослідження. Метою роботи є комплексне дослідження донецького природного мезопористого вугілля і його модифікацій (аддуктів) як адсорбентів для очищення стічних вод від нафтопродуктів, барвників і важких металів (ВМ).

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- провести елементний і технічний аналіз природного мезопористого вугілля (МВ) (пласту l₇ та l₄);

- вивчити особливості процесу адсорбції природного МВ стосовно нафтопродуктів, барвників і важких металів;

- провести порівняльні дослідження сорбційної ємності МВ і вуглецевих сорбентів, цеолітів;

- розробити метод розрахунку локальної адсорбційної установки із щільним шаром МВ;

- дослідити оптичні спектри випромінювання продуктів розпилення адсорбційного шару на МВ та порівняти зі спектрами еталонів;

- розробити спосіб модифікації МВ з метою підвищення його адсорбційних властивостей стосовно важких металів.

Об'єкт дослідження: донецьке природне мезопористе вугілля як адсорбент для очищення стічних вод від нафтопродуктів, барвників і важких металів.

Предмет дослідження: особливості процесу адсорбції нафтопродуктів і барвників природними МВ й вуглецевими сорбентами, важких металів - модифікаціями МВ (його аддуктами зі сполуками перехідних металів) з модельних і стічних вод.

Методи дослідження: гравіметричний, ситовий, фільтраційний, комплекснометричний, спектрофотометричний, хроматографічний, фотоелектроколориметричний, оптична спектроскопія розпилених часток.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Вперше проведено комплексне дослідження донецьких МВ як адсорбентів нафтопродуктів (НП), що втримуються в стічних водах:

- здійснений елементний, технічний і фізико-хімічний аналіз МВ двох пластів l₇ (ш. «Гірник») і l₄ (ш. «Трудовська»);

- вивчена адсорбційна здатність МВ різних фракцій стосовно НП (нафтопродуктів) і проведено порівняння із адсорбційними характеристиками промислових природних сорбентів;

- показано, що МВ володіють високою сорбційною ємністю стосовно диспергованих нафтопродуктів, істотно сутужніше вони адсорбують емульгіровані масла та розчинені нафтопродукти, що втримуються в стічних водах (СВ);

- установлено, що адсорбційна здатність МВ стосовно окремих вуглеводнів, що входять до складу нафти, різна: найбільша - на циклогексані, менша - на толуолі й найнижча - на декані;

- методом оптичної спектроскопії розпилених часток вивчено адсорбційний пласт на поверхні МВ.

2. Вперше проведені порівняльні дослідження адсорбційної здатності МВ й промислових вуглецевих сорбентів стосовно основних та прямих барвників метиленовому блакитному (МБ) і прямому червоному (ПЧ):

- установлено, що вже при невеликих концентраціях барвники (ПЧ й МБ) практично націло витягаються із води МВ, що свідчить про високу вибірковість поверхні мезопористого вугілля стосовно прямих і основних барвників;

- показано, що для високоефективних сорбентних зразків Dl₇ (природне мезопористе вугілля) і С-4 (промисловий мезопористий сорбент) адсорбційна ємність А відрізняється незначно для обох барвників (ПЧ та МБ) і значно перевищує величину А для активованого вугілля марки СКТ.

3. Уперше методом термодекструкції отримано й досліджено зразки (аддукти) мезопористого вугілля зі сполуками перехідних металів:

- установлено, що всі зразки проявляють підвищену адсорбційну здатність стосовно іонів Cu і Pb, що втримуються в стічних водах (у порівнянні з вихідним МВ), при цьому свинець адсорбується в 3-6 разів активніше, ніж мідь;

- показано, що найвищу сорбційну активність до іонів Сu і Pb, на 1,5-2 порядку вище, ніж інші зразки (аддукти), проявляє аддукт вугілля з нітратом кобальту; найбільш ефективний аддукт вугілля з добавкою кобальту (зразок Б) більш ніж в 10 разів перевищує адсорбційну ємність вихідного вугілля Dl₄ по Cu і в 20 разів - Pb; адсорбційна ємність зразка Б майже в 2 рази перевищує аналогічну величину прототипу (модифіковане карбоксильними групами довгополум'яне вугілля D) по Pb і більш, ніж в 3 рази - по Cu.

- висловлено припущення, що підвищена сорбційна ємність аддуктів стосовно Cu і Pb може бути результатом зміни заряду поверхні вугілля в аддуктах убік його збільшення.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

- донецькі природні МВ, як сорбенти, володіють досить високою сорбційною ємністю, низькою вартістю, доступністю, і в силу цього, можуть бути рекомендовані підприємствам як дешеві адсорбенти для доочищення стічних вод від нафтопродуктів з наступним спалюванням їх у котельнях;

- запропонований метод розрахунку локальної адсорбційної установки із щільним шаром МВ дозволяє одержати розрахунковим шляхом (без залучення експериментальних вимірів) вихідні дані для проектування експериментальної установки по витягу зі стічної води органічної речовини відомої будови;

- розроблено і запатентовано спосіб очищення стічних вод від барвників природними МВ. При очищенні стічних вод від прямих барвників (зокрема, від прямого червоного) необхідна в 2 рази менша кількість дослідженого сорбенту (природного МВ) у порівнянні із сорбентом, що випускається промисловістю мезопористим, марки С-4, тобто на практиці економічно більш доцільно використати природний МВ;

- розроблено і запатентовано досить простий спосіб одержання адсорбенту (аддукт мезопористого вугілля з нітратом кобальту) для очищення стічних вод від Cu і Pb. Він не знижує рН води після очищення. Аддукт не потрібно регенерувати. Невисокий зміст кобальту в аддукті дозволяє утилізувати відпрацьований адсорбент в опалювальних котельнях;

- пропонований нами сорбент (природне мезопористе вугілля) апробовано і впроваджено для доочистки стічних вод оборотного циклу прокатних цехів ВАТ «ДМЗ» до санітарних норм з наступним скиданням (в випадку дебалансу оборотних вод) в ріку Бахмутку.

Особистий внесок здобувача складається в аналізі літературних даних, проведенні теоретичних і експериментальних досліджень і обробці отриманих даних. Постановка завдання досліджень виконувалася науковим керівником О.Б.Ступіним при особистій участі здобувача. Обговорення й узагальнення результатів досліджень, формулювання загальних висновків здійснювалося разом з науковим керівником. Спектрофотометричні виміри проводилися разом з Л.В.Антроповою і к.х.н. К.І.Манько, хроматографічні - з к.х.н. А.М.Китайгородським, оптикоспектроскопічні - з к.ф.-м.н. І.О.Мельничуком. Дослідження аддуктів вугілля з солями перехідних металів проводились разом з к.х.н. Жеряковою Г.І., Пархоменко Д.Г., Кочегаровою А.А., Бабкіною Е.Ю. - студенти, які під керівництвом здобувача виконували дипломні роботи.

У роботах, написаних у співавторстві, здобувачеві належать результати проведених досліджень, теоретичні й практичні висновки по адсорбції нафтопродуктів, барвників і важких металів природним мезопористим вугіллям, а також їх аддуктами, і вуглецевими матеріалами.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Донецького національного університету за підсумками науково-дослідницької роботи (Донецьк, 1997-2009), Регіональної конференції «Екологічні проблеми малих рік Донбасу й шляхи їхнього рішення» (Донецьк, 1996), Українсько-Польській науково-технічній конференції «Сучасні проблеми водопостачання і знешкодження стічних вод» (Львів, 1996), VII Всеукраїнській студентській науковій конференції (Донецьк, 1997), ІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, 2000), ІІІ Всеукраїнській науковій студентській конференції «Екологічні проблеми регіонів України» (Одеса, 2001), науково-практичній конференції «Донбас-2020: охорона довкілля та екологічна безпека» (Донецьк, 2001), Міжнародному семінарі ЮНЕСКО «Базові науки і вода» (Донецьк, 2003), Міжнародному семінарі ЮНЕСКО «Домішки у воді» (Київ, 2004), науково-практичних конференціях «Водопідготовка, водопостачання й водовідведення Міжнародного Водного Форуму «АКВА-Україна» (м. Донецьк, 2007, 2008).

За матеріалами дисертації опубліковано 19 наукових статей, у тому числі 7 у спеціалізованих наукових виданнях, затверджених ВАК України, 4 тези доповідей на науково-практичних конференціях і семінарах, отримано 2 патенти України на винаходи.

Структура й об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел (151 найменування), Основний зміст викладений на 133 сторінках, робота містить 26 таблиць і 18 рисунків, має 3 додатки.

Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету, завдання, об'єкти й предмет дослідження. Наведено основні дані про наукову новизну й практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача.

У першому розділі проведено аналіз вітчизняних і закордонних джерел по сучасним методам очищення виробничих стічних вод від нафтопродуктів, барвників і важких металів. Значний внесок у розробку теорії й технології очищення стічних вод (СВ), створення відкритих і замкнутих систем водопостачання внесли такі вчені, як Андронов В.А., Висоцький С.П., Гомеля Н.Ф., Гончарук В.В., Доліна Л.Ф., Когановський А.М., Мамченко А.В., Насонкина Н.Г., Пантелят Г.С., Тарасевич Ю.И., Филипчук В.Л. и др.

Аналіз показав, що серед сучасних методів очищення СВ метод сорбції займає особливе положення, оскільки дозволяє одержати глибоке очищення (доочищення) стічних вод.

Ефективність сорбційного методу становить від 80 до 99,5% залежно від хімічної природи адсорбенту, величини адсорбуючої поверхні, структури й властивостей забруднюючих речовин і т.д.

Пошук ефективних адсорбентів для очищення СВ іде як у напрямку активування вуглевмісних матеріалів, тобто одержання високоємних сорбентів, так і використання дешевих низькосортних вугіль і відходів виробництва без додаткової переробки.

Висока вартість гранульованих високоємних сорбентів і великі витрати на їхню регенерацію приводять до високої вартості очищення виробничих стічних вод. У зв'язку з цим досить перспективними є дослідження з розробки й пошуку адсорбентів, які мають невисоку вартість і більш доступні, таких як донецьке природне мезопористе вугілля (МВ). До них відноситься довгополум'яне енергетичне вугілля деяких шахтних пластів Донбасу.

Дослідженню донецьких МВ, як природних сорбентів, присвячено незначне число робіт. Тому, роботи з вивчення сорбційної активності донецького природного мезопористого вугілля є досить актуальними і своєчасними, а також мають важливе прикладне значення.

Другий розділ присвячено дослідженню адсорбції нафтопродуктів з води природним мезопористим вугіллям.

У даній роботі досліджено довгополум'яне вугілля Донбасу пластів l₇ (шахта №42 «Гірник») і l₄ (шахта «Трудовська») як адсорбенти для очищення стічних вод. Вугілля пласту l₄ (Dl₄) відноситься до маловідновлюваного типу “а”, по петрографічному складу в ньому переважає вітриніт (близько 90%), а пласту l₇ (Dl₇) - до дюрено-клареновому й клареновому типів зі змістом вітриніта 72-80%.

Для досліджень вугілля відбирали в гірських виробленнях у вигляді шматків по 3-5 кг без видимих включень породи. Потім подрібнювали на валковому млині й розсіювали за допомогою механічного встряхувача на вісім фракцій. Зберігали герметично закритими партіями приблизно по 500 г. Всі зразки перед дослідами висушували протягом 2-3 год. при температурі 105-110°С. Фракції вугілля розміром більше 0,2 мм попередньо відмивали від дрібних часток дистильованою водою.

Деякі дані проведеного нами аналізу вугілля наведені в табл. 1 і 2.

Таблиця 1. Елементний і технічний аналіз дослідженого природного вугілля

Марка вугілля	Cdaf	Hdaf	Sdt	Ndaf	Wat	Ad	Vdaf	Теплота згоряння, Мдж/кг	Питома поверхня, м2/г
Dl7 Dl4	78,1 75,5	4,7 6,0	2,0 0,9	3,1 3,6	5,2 8,7	12,0 8,7	40,6 36,8	31,8 33,2	72,8 25,1

Таблиця 2. Характеристика пористості вугілля

Фракція вугілля, мм	Сумарний об'єм пор вугілля Dl7, см3/г	Сумарний об'єм пор вугілля Dl4, см3/г
	По воді	По декану	По воді	По декану
5,0-3,0 3,0-1,6 1,6-1,0 1,0-0,63 0,63-0,40 0,40-0,20 0,20-0,10 0,10-0,063	0,236 0,239 0,249 0,253 0,275 0,302 0,343 0,439	0,103 0,145 0,154 0,178 0,201 0,260 0,308 0,306	0,175 0,183 0,205 0,179 0,228 0,242 0,273 0,282	0,070 0,079 0,075 0,092 0,110 0,142 0,170 0,192

Для дослідів використовували два типи модельної води: МВ1 (з диспергованими продуктами) і МВ2 (з емульгованими нафтопродуктами), а також стічну воду (СВ) сортопрокатного цеху Донецького металургійного заводу (ДМЗ).

Результати досліджень сорбційної здатності мезопористого вугілля наведені в табл. 3.

З табл. 3 видно, що в обраних умовах експерименту MB 1 очищається від нафтопродуктів вугіллям пласту l₇ залежно від ступеня дисперсності на 70-97%. Ступінь очищення вугілля Dl₄ того ж фракційного складу трохи нижче і становить 66-95%. Адсорбція емульгованих нафтопродуктів (MB 2) відбувається значно важче. Вугілля Dl₇, поглинає 36-69% масла з води, а вугілля Dl₄ - 29-54%. При переході до стічної води теж спостерігалося зниження ступеня її очищення. Стічна вода сортопрокатного цеху ДМЗ очищається довгополум'яним вугіллям пласту l₇ на 26-60%, а вугіллям пласту l₄ - на 21-43%. Поглинання диспергованого масла вугіллям з MB 1 значно більше залежить від ступеня дисперсності адсорбенту, чим з MB 2 і стічної води (табл. 3).

Адсорбційні властивості мезопористого вугілля Dl₇ і Dl₄ порівнювали з аналогічними властивостями іншого вугілля і вуглецевих матеріалів - вугілля БАВ (березове активоване вугілля), графіт, вуглець технічний, синтетичні сорбенти СКН-4М та ентеросорбент, а також деяких природних цеолітів (морденіт і кліноптилоліт).

Таблиця 3. Адсорбція нафтопродуктів з води природним вугіллям

Фракція вугілля, мм	Вугілля Dl7	Вугілля Dl4
	залишкова кількість нафтопродуктів в
	МВ1	МВ2	СВ	МВ1	МВ2	СВ
	мг/л	%	мг/л	%	мг/л	%	мг/л	%
5,0-3,0	15,3	30,6	17,2	63,7	73,6	17,1	34,2	19,2	71,1	79,2
3,0-1,6	14,0	28,0	15,8	58,5	71,4	16,0	32,0	17,3	64,1	74,6
1,6-1,0	10,8	21,6	15,1	55,9	69,8	12,3	24,6	16,3	60,4	71,3
1,0-0,63	7,1	14,2	14,3	53,0	64,2	9,5	19,0	15,8	58,5	69,0
0,63-0,40	4,9	9,8	13,5	50,0	59,8	5,4	10,8	14,5	53,7	67,1
0,40-0,20	2,8	5,6	11,9	44,1	58,8	3,8	7,6	13,1	48,5	67,3
0,20-0,10	3,4	6,8	10,1	37,4	56,6	2,6	5,2	13,0	48,1	61,7
0,10-0,063	1,2	2,4	8,4	31,1	40,0	2,4	4,8	12,3	45,5	57,1

Найбільшу сорбційну ємність виявило активне вугілля БАВ, що має найбільший об'єм пор по воді й декану (1,94 і 1,548 см/г відповідно). Вугілля БАВ фракції (0,63-0,4)мм очистило дисперговану (МВ1), емульговану (МВ2) і стічну (СВ) води на 97%, 65,6% і 66% відповідно.

Синтетичні сорбенти СКН-4М та ентеросорбент виявили близьку до природних вугіль Dl₇ і Dl₄ відповідної фракції активність відносно поглинання нафтопродуктів з модельних вод і більш високу - на стічній воді. Проте природне мезопористе вугілля можна рекомендувати підприємствам як дешевий адсорбент для доочищення стічних вод від нафтопродуктів до санітарних норм.

Порівняння сорбційних характеристик вугілля Dl₇, Dl₄ та цеолітів, показало що останні мають більш низьку сорбційну ємність стосовно нафтопродуктів.

Значний інтерес представляло дослідження сорбційних властивостей мезопористого вугілля стосовно окремих вуглеводнів, що входять до складу нафти. Для цього використовувалися модельні сполуки - представники парафінових (декан), ароматичних (толуол), циклоаліфатичних (циклогексан) вуглеводнів, що входять до складу нафти.

Отримані ізотерми адсорбції декана (рис. 1) мають вигляд ізотерм Ленгмюра. Таким чином, можна зробити висновок, що значна сорбційна ємність всіх сорбентів досягається при малих концентраціях адсорбата. При цьому найбільшу сорбційну ємність має мезопористе вугілля Dl₇ фракції (1-1,6) мм. Графіт має сорбційну ємність меншу, ніж мезопористе вугілля.

На рис. 2 наведені ізотерми адсорбції циклогексану, толуолу й декану сорбентом фракції 1-1,6 мм. Видно, що найкраще проходить адсорбція циклогексану. Таким чином, МВ найбільш ефективно буде очищати воду, забруднену циклоаліфатичними вуглеводнями, трохи гірше - ароматичними й найменш ефективно - аліфатичними.

При проведенні досліджень по адсорбції виникла задача розрахунку технологічних параметрів адсорбційної установки. Якщо в стічних (або модельних) водах перебуває одна органічна речовина відомої структури, то, використовуючи дані про адсорбцію його на МВ, можна розробити метод розрахунку технологічних параметрів адсорбційної установки. При цьому розрахунок можна проводити без (рівноважний випадок) і з обліком масообміну при адсорбції розчиненої речовини у фільтруючому пласті сорбенту.

Для рівноважного випадку величину рівноважної питомої адсорбції а (моль/г) і рівноважної концентрації с (моль/л) можна визначити з рівнянь

, (1)

.(2)

Тут и - ступінь заповнення адсорбційної фази; - гранично-сорбційний об'єм адсорбенту (см³/г); - мілімолярні об'єми адсорбованої речовини і води (см/моль); f - коефіцієнт активності й К - константа адсорбційної рівноваги, рівні

, , (3)

де с_s - розчинність (ммоль/л); R - газова постійна; Т - температура; - величина стандартного зменшення енергії адсорбції.

Ізотерма адсорбції толуолу на мезопористому вугіллі Dl₄, розрахована по рівнянням (1)-(3), наведена на рис. 3 (тестовий розрахунок). Тут же представлені експериментальні дані по адсорбції, отримані за допомогою хроматографа ЛХМ-72.

Тестовий розрахунок дає трохи занижені значення величини а в порівнянні з експериментом. Отже, при розрахунку параметрів асдорбційної установки варто врахувати масообмін.

Загальна швидкість процесу масообміну при адсорбції визначається або швидкістю переносу молекул з розчину до зовнішньої поверхні зерна адсорбенту (тобто по швидкості зовнішньодифузійного масообміну), або швидкістю переносу молекул усередині зерна по його порах (тобто по швидкості внутрідифузійного масопереносу). Досвідченим шляхом показано, що при гідродинамічному критерії Рейнольдса Re>4 величина дифузійного критерію Нуссельта Nu залишається практично постійною, що вказує на визначальну роль внутрідифузійного масопереносу в процесі адсорбції. При Re<4 визначальним буде зовнішньодиффузійний масообмін.

При розрахунку параметрів лабораторної адсорбційної установки швидкість фільтрації була задана рівною 2 м/ч. Для МВ із зернами 0,63-0,4 мм середнє значення критерію Рейнольдса Re?0,33, що відповідає режиму зовнішньодифузійного масообміну, тобто швидкість адсорбції лімітується підведенням речовини до зовнішньої поверхні гранули. У цьому випадку при визначенні кінетичного коефіцієнта зовнішнього масообміну може бути використано критеріальне рівняння виду

при , (4)

де Nu=d/D_m - дифузійний критерій Нуссельта; Re= - гідродинамічний критерій Рейнольдса; Pr= - дифузійний критерій Прандтля; d - еквівалентний діаметр зерен адсорбенту; D_m - коефіцієнт молекулярної дифузії розчиненої речовини у воді; - кінетичний коефіцієнт зовнішнього масообміну; - коефіцієнт кінематичної в'язкості рідини.

З урахуванням режиму зовнішнього масообміну розраховані параметри лабораторної установки для вивчення адсорбції толуолу наступні: середня кількість адсорбованої речовини (толуолу) а₀=16,5 ммоль/г; доза мезопористого вугілля q=2,7 г/л; робочий об'єм сорбційної колонки V_к=28,5 см³; висота пласта вугілля Н=6,3 см; середня лінійна швидкість потоку и =2 м/ч. Розраховані з обліком масообміну значення параметрів лабораторно-адсорбційної установки в середньому на 12% перевищують розраховані по рівноважним значенням і задовільно узгоджуються з досліджуваними даними. Запропонований метод може бути рекомендований для розрахунку адсорбційних технологічних установок.

Оскільки процес адсорбції - істотно поверхневе явище, то ефективність роботи вугільних фільтрів доцільно оцінювати в порівнянні сполуки, структури і стану поверхні вугілля до і після процесу очищення. У зв'язку із цим для аналізу поверхні МВ був використаний метод оптичної спектроскопії розпилених часток (ОСРЧ), що дозволяє досліджувати хімічний склад декількох поверхневих пластів.

Для аналізу сполуки адсорбованих домішок записувалися спектри випромінювання продуктів розпилення адсорбованих пластів на поверхні МВ. Досліджувалися поверхні зразків МВ безпосередньо витягнутого з фільтра (досліджуваний зразок). Оптичний спектр випромінювання, що супроводжує розпилення досліджуваного зразка, наведено на рис. 4. Порівняння спектрів, знятих при розпиленні очищеного від адсорбованих домішок МП вугілля й активованого (медичного) вугілля (рис. 4с pис.4 d) показує, що МП зразок більш чистий і тільки кремнію у МП вугіллі більше, ніж в активованому. мезопористий вугілля адсорбційний випромінювання

У цілому, ідентифікація ліній у спектрах поверхні МВ (досліджуваний зразок), проведена по яскравих лініях, показала наявність на адсорбційній поверхні 18 хімічних елементів (Si, Cu, Mn, Ag, Fe і ін.). Розходження в спектрах розпилених часток досліджуваного (мезопористе вугілля) і еталоного (активоване вугілля) зразків свідчить про високий ступінь забруднення поверхні МВ різними домішками, що є підтвердженням ефективності його застосування для сорбційного очищення стічних вод.

Донецьке природне мезопористе вугілля було апробовано й впроваджено для доочищення від нафтопродуктів стічних вод прокатних цехів ВАТ «Донецький металургійний завод».

Стічна вода прокатних цехів, забруднена окалиною й нафтопродуктами, направляється в 15-ти секційний відстійник. Перші вісім секцій призначені для вловлювання великої фракції окалини. В останніх семи секціях відбувається посвітлення від окалини дрібної фракції й зважених речовин. Нафтопродукти, що попадають в оборотний цикл, частково адсорбуються на великі фракції окалини. Залишковий зміст нафтопродуктів у проясненій воді, після проходження всіх 15 секцій, становить 0,5-0,7 мг/л і ця вода подається в прокатні цехи (оборотний цикл).

Однак, у процесі роботи прокатних цехів виникають ситуації, коли прокатний цех воду не бере (або бере обмежену кількість). Виникає водний дебаланс. У цьому випадку виникаючий дебаланс води передається в недіючий бризкальний басейн, що раніше, до будівництва градирні, використовувався для охолодження оборотної води. У теперішній час він використовується як накопичувальна ємність перед скиданням води в ріку Бахмутку, що здійснюється 1-2 рази в тиждень.

В 1/6-ий частині бризкального басейну був розміщений сорбційний 4-х секційний дослідно-промисловий блок-фільтр, у який завантажили 1200 кілограмів природного мезопористого вугілля Dl₇. Цієї кількості вугілля досить для очищення (1500-1200)м³ стічної проясненої води від нафтопродуктів: вхідна концентрація 0,5-0,7 мг/л, вихідна - 0,3 мг/л. Після очищення зазначеної вище кількості стічної води насичене сорбоване нафтопродуктами мезопористе вугілля вилучається із сорбційного блока-фільтра й відправляється для спалювання в опалювальних котельнях, а блок-фільтр заповнюється новою порцією мезопористого вугілля.

Таким чином, практичне застосування природного мезопористого вугілля дозволяє проводити доочищення технічної води прокатних цехів до санітарних норм (~0,3 мг/л) і у випадку дебаланса води безперешкодно здійснювати її скидання в ріку Бахмутку без застосування штрафних екологічних санкцій.

Третій розділ присвячено дослідженню процесу адсорбції барвників природними мезопористими вугіллями.

Для досліджень були обрані два барвники, які широко застосовуються: метиленовий блакитний (МБ) і прямий червоний (ПЧ). Перший відноситься до основних, а другий до прямих барвників. Як адсорбент використовувалось природне мезопористе вугілля Dl₇ трьох фракцій (1-0,63), (0,63-0,4) і (0,4-0,2) мм.

Для порівняння в експериментах використовувалися: промисловий мезопористий сорбент марки С-4 і активоване вугілля марки СКТ. Сорбент марки С-4 також, як, і мезопористе вугілля шару l_7, має два види пор: перехідні, переважний радіус яких 3,5 нм і макропори. Вугілля марки СКТ, отримане на основі полімерної сировини, має широкий набір пор різних розмірів. Питома поверхня сорбентів Dl₇, С-4 і СКТ відповідно 90, 320 і 900 м²/г. Як модельну рідину використовували водяний розчин барвників - метиленового блакитного (МБ) і прямого червоного (ПЧ) - з початковою концентрацією 15 мг/л.

Установлено, що вугілля Dl₇ більш ефективно адсорбує барвник ПЧ (у порівнянні з МБ). Виявлено загальну особливість для обох барвників (ПЧ й МБ): уже при невеликих концентраціях барвник практично націло витягається з води природним адсорбентом - мезопористим вугіллям, тобто максимальна сорбційна ємність сорбенту досягається при дуже низьких концентраціях барвника в розчині. Це свідчить про високу вибірковість поверхні мезопористого вугілля стосовно прямих і основних барвників. Очевидно, це можна пояснити тим, що молекули барвників ПЧ й МБ, що містять кілька ароматичних кілець і довгий ланцюг сполучення, мають більшу подібність до поверхні адсорбенту.

На рис. 5, 6 наведені ізотерми адсорбції барвника ПЧ на сорбентних зразках Dl₇, С-4 і СКТ. Видно, що адсорбція барвника ПЧ на вугіллі марки СКТ найбільш низька, незважаючи на те що це вугілля має найбільшу питому поверхню, рівну 900 м²/г. Для зразків С-4 і D(l)₇ спостерігається відносно невелика різниця у величині адсорбції барвника ПЧ, хоча питома поверхня зразка С-4 майже в 4 рази більша, ніж у зразка Dl₇. Очевидно, це пов'язано з тим, що більша частина поверхні зразка С-4 приходиться на пори радіусом менше 1,5 нм.

Аналогічна тенденція має місце й для адсорбції барвника метиленового блакитного.

У табл. 4 для трьох сорбентних зразків представлені величини: адсорбційна ємність А, мг/г і доза сорбенту q, г/л, необхідна для проскакування адсорбованої речовини (для барвників ПЧ й ПГ).

Таблиця 4. Сорбційні характеристики зразків

Сорбент	Фракція, г	С0, мг/л	ПЧ	МБ
			А, мг/г	q, г/л	А, мг/г	q, г/л
Dl7	0. 4-0.2	15	5.9	2.3	3.6	3.8
С-4	0. 4-0.2	15	7.3	4.9	4.3	3.2
СКТ	0. 4-0.2	15	1.4	10	0.9	15

Видно, що для високоефективних зразків Dl₇ і С-4 величина адсорбційної ємності А відрізняється незначно для обох барвників (ПЧ й МБ). У той же час величина q майже однакова в обох зразках для барвника МБ. Для барвника ПЧ величина q для зразка Dl₇ в 2 рази менше, ніж у зразка С-4, тобто при очищенні стічних вод від барвника ПЧ необхідна в 2 рази менша кількість сорбенту Dl₇ (у порівнянні із С-4). Із цього погляду економічно більш доцільно використовувати сорбент Dl₇ - природне мезопористе вугілля.

В четвертому розділі досліджено і вирішено завдання по модифікуванню природного мезопористого вугілля з метою підвищення його адсорбційних властивостей стосовно важких металів.

Як вихідний матеріал використовували природне мезопористе вугілля Dl₄, що містить поверхневі кисневовмісні функціональні групи (КФГ) і гетероатоми, які підвищують комплексоутворювану здатність вугілля. При дослідженнях використали фракцію МВ < 0,1 мм. Концентрації Cu і Pb у розчинах до й після проведення адсорбції визначали на спектрофотометрі С-115 ПКС.

Модифікування мезопористого природного вугілля здійснювали методом термодеструкції в присутності добавок солей: нітратів заліза (Fe(NO₃)₂·9Н₂O), кобальту (Co(NO₃)₂·6H₂O) та хлоридів заліза (FeCl₃·6H₂O), нікелю (NiCl₂·6H₂O) та кобальту ((CoCl₂·6H₂O).

В табл. 5 наведено сорбційні характеристики зразків (аддуктів): Fe1, Fe2, Ni1, Co1, Co2, які імпрегновані відповідно FeCl₃·6H₂O; Fe(NO₃)₃·9H₂O; NiCl₂·6H₂O; Co(NO₃)₂·6H₂O; CoCl·6H₂O.

У зв'язку з тим, що при дослідженнях використовувалася вода з різним змістом іонів міді й свинцю, дані про залишковий вміст в ній металів порівнювати важко. Тому в табл. 5 представлені дані по адсорбції (А), що характеризує величину максимального поглинання міді й свинцю зразком, тобто адсорбційну ємність сорбенту.

Таблиця 5. Сорбційні характеристики зразків

Зразок	СОЄ по NaOH, мг-екв/г	Йодне число, мг/г	рН р-ра	Адсорбційна ємність, А
				Cu, мкг/г	Pb, мкг/г
Вугілля D(l)4	2,3	25,4	5,7	120	720
Fe 1	1,6	8,5	3,0	130	750
Fe 2	2,3	1,3	6,0	370	920
Ni 1	1,1	8,9	4,1	310	1050
Co 1	1,5	5,1	6,9	2950	16110
Со 2	1,4	10,2	4,1	250	780

Як видно з табл. 5, імпрегнування солями перехідних металів мезопористого вугілля Dl₄ приводить до істотного зниження статичної об'ємної ємності (СОЄ), знижується також пористість зразків по йоду (у порівнянні з вихідним вугіллям Dl₄). Це свідчить про ущільнення структури вугілля в отриманих аддуктах. Однак, практично всі отримані зразки проявляють підвищену адсорбційну здатність до іонів Cu і Pb у порівнянні з вихідним вугіллям. Причому свинець адсорбується в 3-6 разів активніше, ніж мідь.

З аналізу експериментальних даних видно, що відсутні які-небудь чіткі залежності (у рамках класичної теорії адсорбції). Наявність КФГ на поверхні, величина пористості зразків, цілком ймовірно, не є визначальними факторами при адсорбції з розчинів Cu і Pb. Величина рН розчинів, зміст металу в аддукті теж є факторами важливими, але не першорядними. Можливо, адсорбційна активність у цьому випадку більшою мірою залежить від заряду поверхні отриманих сполук. Істотна сорбційна ємність аддуктів стосовно Cu і Pb може бути результатом утворення поверхневих комплексів із частковим переносом заряду з р-системи вуглецевої матриці вугілля на сорбуємий іон.

Сукупність отриманих даних дозволяє висловити припущення про те, що при синтезі аддуктів вугілля зі сполуками перехідних металів в обраних нами умовах відбувається зміна заряду поверхні вугілля в аддуктах у бік збільшення й деяка перебудова вуглецевого каркасу.

Аддукт мезопористого вугілля з нітратом кобальту (Co1) має значно більш високі адсорбційні характеристики відносно свинцю й міді. Були розроблені оптимальні параметри такого адсорбенту. У результаті обраний зразок зі змістом Со близько 4%, у якого адсорбційна ємність А найбільша.

Характеристика отриманих зразків модифікованого нітратом кобальту вугілля (аддуктів) наведена в табл. 6, а сорбційна характеристика - у табл. 7, де П - модифіковане карбоксильними групами довгополум'яне вугілля D (прототип) Патент 7782 Україна, МПК⁷ С 02 F1/62. Спосіб очищення природних та стічних вод від катіонів полівалентних металів / Жерякова Г.І., Манько К.І., Ступін О.Б. Заявл. 01.11.2004; Опубл. 15.07.2005. Бюл. №7..

Таблиця 6. Характеристика зразків модифікованого вугілля

Зразок (аддукт вугілля з нітратом Со)	Добавка Co(NO3)·6H2O до вугілля, %	Кількість приєднань, Со, %	Зміст Со у зразку, %	СОЄ по NaOH, мг-екв/г	Йодне число,мг/г
А	10,0	78,0	1,54	1,4	5,0
Б	25,8	80,0	3,94	1,5	5,1
В	35,0	84,0	5,49	1,5	5,3

Таблиця 7. Сорбційні характеристики зразків

Зразок	Вміст Cu у воді, мг/л	Вміст Pb у воді, мг/л	Адсорбційна ємність, мкг/г
	до очищення	після очищення	рН	% очищення	до очищення	після очищення	рН	% очищення	по Cu	по Pb
А	10,0	0,76	6,9	92,4	60,0	6,8	6,8	88,7	2772	15960
Б	10,0	0,38	7,1	93,3	60,0	4,0	6,9	93,3	2950	16800
В	10,0	0,94	7,2	90,6	60,0	7,9	7,2	88,3	2718	15630
П	4,4	1,33	3,8	69,8	39,0	7,0	3,5	82,0	921	9600
Вугілля Dl4	4,4	3,52	6,2	20,0	4,8	2,0	6,4	58,3	264	840

Адсорбційна ємність найбільша у зразка Б з добавкою Co(NO₃)₂·6H₂O до вугілля, рівною 25,8% (вміст кобальту рівний 3,94%). Вона більш чим в 10 разів перевищує адсорбційну ємність вихідного вугілля Dl₄ по міді (Cu) і в 20 разів - по свинцю (Pb). Порівняння з прототипом П також на користь зразка Б: адсорбційна ємність зразка Б майже в 2 рази перевищує аналогічну величину прототипами по Pb і більш чим в 3 рази - по Cu.

Збільшення вмісту Со у зразку до 5,5% приводить до деякого зниження адсорбційної ємності по міді й свинцю. Очевидно, це обумовлено зниженням заряду поверхні адсорбенту, пов'язаним зі зменшенням органічної складової в поверхневому комплексі аддукта. При зменшенні вмісту Со у зразку до 1,5% величина адсорбції також знижується, що, очевидно, пов'язане зі зменшенням кількості донорно-акцепторних зв'язків в аддукті і, як наслідок, загального заряду поверхні.

Таким чином, отриманий аддукт вугілля з нітратом кобальту проявляє більш високу сорбційну активність щодо іонів міді й свинцю при очищенні природних і стічних вод у порівнянні з аддуктом - прототипом вугілля (модифіковане карбоксильними групами вугілля D). Спосіб одержання аддукта вугілля з нітратом кобальту досить простий. Він не знижує рН води після її очищення. Аддукт не потрібно регенувати. Невисокий вміст Со в аддукті дозволяє утилізувати відпрацьований адсорбент спалюванням в опалювальних котельнях.

Висновки

1. Донецьке мезопористе природне вугілля мають досить високий сумарний об'єм пор, розвинену питому поверхню і в силу цього можуть бути використані як ефективні адсорбенти для очищення й доочищення стічних вод (СВ).

2. Природні МВ мають високу сорбційну ємність стосовно диспергованих нафтопродуктів. Істотно слабкіше вони адсорбують емульговані масла й розчинені нафтопродукти, що знаходяться в стічних водах.

3. Природні МВ і синтетичні сорбенти (СКН-4М та ентеросорбент) однакової фракції мають практично однакову активність відносно поглинання нафтопродуктів їхніх модельних вод.

4. Адсорбційна ємність природного МВ стосовно окремих вуглеводнів, що входять до складу нафти, наступна: найбільша - на циклогексані, трохи менша - на толуолі й найнижча - на декані.

5. Хімічний склад адсорбованих на МВ пластів, визначений методом ОСРЧ, має 18 хімічних елементів (Si, Cu, Mg, Ag, Fe і ін.).

6. Запропоновано метод розрахунку локальної адсорбційної установки із щільним шаром мезопористого вугілля, що дозволяє одержати розрахунковим шляхом (без залучення експериментальних вимірів) вихідні дані для проектування адсорбційної установки по витягу зі стічної води органічної речовини вапняної будови.

7. В області вже невеликих концентрацій барвники (ПЧ й МБ) практично націло витягаються із води МВ, що свідчить про високу сорбційну вибірковість поверхні мезопористих вугіль стосовно прямих і основних барвників.

8. Для високоефективних сорбентних зразків Dl₇ (природне мезопористе вугілля) і С-4 (промисловий мезопористий сорбент) адсорбційна ємність А відрізняється незначно для обох барвників (ПЧ й МБ) і значно перевищує величину А для активованого вугілля марки СКТ.

9. При очищенні стічних вод від прямих барвників (зокрема, від прямого червоного) необхідна в 2 рази менша кількість пропонованого нами сорбенту Dl₇ (природного мезопористого вугілля) у порівнянні із сорбентом, що випускається промисловістю мезопористим, марки С-4, тобто на практиці економічно більш доцільно використовувати природне мезопористе вугілля.

10. Імпрегнування МВ солями перехідних металів приводить до істотного зниження статичної об'ємної ємності (СОЄ) практично всіх досліджених зразків (аддуктів) у порівнянні з вихідним мезопористим вугіллям, що свідчить про ущільнення структури вугілля в аддуктах, отриманих методом термодеструкції.

11. Всі аддукти мезопористого вугілля, отримані методом термодеструкції, проявляють підвищену адсорбційну здатність стосовно іонів Cu і Pb, що втримуються в стічних водах (у порівнянні з вихідним МВ), при цьому свинець адсорбується в 3-6 разів активніше, ніж мідь.

12. Найвищу сорбційну активність до іонів Cu і Pb, на 1,5-2 порядки вище, ніж інші зразки (аддукти), проявляють аддукти вугілля з нітратом кобальту; найбільш ефективний аддукт вугілля з добавкою кобальту більш ніж в 10 разів перевищує адсорбційну ємність вихідного вугілля Dl₇ по Cu і в 20 разів - Pb, його адсорбційна ємність майже в 2 рази перевищує аналогічну величину прототипу (модифікованого карбоксильними групами довгополум'яного вугілля D) по Pb і більш, ніж в 3 рази - по Cu.

13. Висловлено припущення, що підвищена сорбційна ємність аддуктів мезопористого вугілля стосовно Cu і Pb може бути результатом зміни заряду поверхні вугілля в аддуктах у бік його збільшення.

14. Пропонований нами сорбент (природне мезопористе вугілля) апробовано і впроваджено для доочистки стічних вод оборотного циклу прокатних цехів ВАТ «ДМЗ» до санітарних норм з наступним скиданням (в випадку дебалансу оборотних вод) в ріку Бахмутку.

15. Одержані результати використовуються в навчальному процесі - включені у спецкурс «Захист атмосфери та гідросфери від забруднень» для студентів спеціальності «Комп'ютерний еколого-економічний моніторинг».

16. Донецькі природні МВ, як сорбенти, мають досить високу адсорбційну ємність, низьку вартість та доступність. В силу цього, вони можуть бути рекомендовані підприємствам як дешеві адсорбенти для доочищення стічних вод від нафтопродуктів з наступним спалюванням їх у котельнях.

Мезопористе вугілля - національне надбання України, його необхідно розумно використовувати сьогодні і зберігати для наступних поколінь з метою підвищення екологічної безпеки гідросфери шляхом глибокого очищення або доочищення СВ сорбційним методом.

Основні положення дисертації викладені в роботах

1. Ступин А.Б. Применение донецких мезопористых углей для сорбционной очистки нефтесодержащих сточных вод / А.Б.Ступин, С.Ф.Сухарева // Региональная конференция «Экологические проблемы малых рек Донбасса и пути их решения»: Сб. докл. - Донецк, 1996. - С.29-30.

2. Ступін О. Сорбційне очищення нафтовмісних стічних вод донецьким мезопористим вугіллям / О.Ступін, С.Сухарєва // Українсько-Польська науково-технічна конференція «Сучасні проблеми водопостачання і знешкодження стічних вод - Львів 1996». - Львів, 1996. - С.483-484.

3. Пархоменко Д.Г. Исследование пористой структуры и адсорбционных свойств донецкого мезопористого угля / Д.Г.Пархоменко, С.Ф.Сухарева // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів: VII Всеукр. студ. наук. конф.: (15-17 квіт. 1997 р.). - Донецьк, 1997. - Т.1. - С.59-60.

4. Ступин А.Б. Очистка шахтных вод от ПАВ с помощью донецкого мезопористого угля / А.Б.Ступин, С.Ф.Сухарева // Проблемы создания новых машин и технологий: Науч. тр. / Кременчуг. гос. политехн. ин-т. - Кременчуг, 1997. - Вып. 2, ч.2. - С.57-59.

5. Ступин А.Б. Использование высокопристых углеродных сорбентов при очистке сточных вод промышленных предприятий / А.Б.Ступин, С.Ф.Сухарева // Збірник наукових праць «Захист довкілля від техногенного впливу». - Кременчуг, 1997. - №1. - С.61-64.

6. Сухарєва С.П. Використання донецького мезопористого вугілля для очищення стічних вод від нафтопродуктів / С.П.Сухарєва // Вісн. Донецьк. ун-ту. - 1998. - №1. - С.170-173 (Сер. А. Природничі науки).

7. Ступин А.Б. Сорбционная очистка нефтесодержащих вод донецкими мезопористыми углями / А.Б.Ступин, С.Ф.Сухарева // Вісник Українського Будинку економічних та науково-технічних знань. - 1998. - №7. - С.73-74.

8. Мельничук П.И. Исследование оптического излучения частиц, распыленных с поверхности слоев, адсорбированных мезопопристым углем / П.И.Мельничук, П.В.Петренко, С.Ф.Сухарева // Вісник Донецького університету, сер. А: Природничі науки. - 1998. - Вып. 2. - С.80-82.

9. Ступин А.Б. Исследование сорбционной способности донецких мезопористых углей с помощью модельных соединений / А.Б.Ступин, С.Ф.Сухарева, А.М.Китайгородский // Вісн. донецьк. ун-ту. - 1999. - №1. - С.187-191. (Сер. А. Природничі науки).

10. Адсорбция нефтепродуктов из воды длиннопламенными углями Донбасса и углеродными сорбентами / А.Б.Ступин, Г.И.Жерякова, К.И.Манько, С.Ф.Сухарева // ХТТ. - 2000. - №5. - С.60-66.

11. Кочегарова А.А. Использование донецкого мезопористого угля для очистки сточных вод от красителей / А.А.Кочегарова, С.Ф.Сухарева // Збірка тез доповідей учасників ІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство»: (11-12 трав. 2000 р. м.Київ). - К., 2000. - С.111-112.

12. Бабкина Е.Ю. Применение донецких мезопористых углей и углеродных материалов в процессе очистки нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий / Е.Ю.Бабкина, С.Ф.Сухарева // Екологічні проблеми регіонів України: Матеріали ІІІ Всеукр. наук. студ. конф.: (25-26 квіт. 2001 р.). - Одеса, 2001. - С.5-7.

13. Ступин А.Б. Извлечение нефтепродуктов из сточных вод промышленных предприятий с помощью донецких длиннопламенных углей и углеродных материалов / А.Б.Ступин, С.Ф.Сухарева // Науково-практична конференція «Донбас - 2020: охорона довкілля та екологічна безпека»: (21-22 листоп. 2001 р.): Зб. доп. - Донецьк, 2001. - Т.1. - С.155-157.

14. Жерякова Г.И. Модифицирование природных углей карбоксильными группами / Г.И.Жерякова, С.Ф.Сухарева // Праці наукової конференції Донецького національного університету за підсумками науково-дослідної роботи за період 1999-2000 рр.: Секція фізичних і комп'ютерних наук. - Донецьк, 2001. - С.147-148.

15. Ступин А.Б. Расчет локальной адсорбционной установки с плотным слоем донецкого мезопористого угля / А.Б.Ступин, С.Ф.Прохоренко // Вісник Донецьк. ун-ту. Сер. А: Природничі науки. - 2007. - Вип. 1. - С.342-346.

16. Прохоренко С.П. Вибір сорбентів для очищення поверхневих вод / С.П.Прохоренко // Вісн. Донецьк. ун-ту. - 2007. - Вип.2. - С.430-431 (Сер. А. Природничі науки).

17. Пат. №65316 Україна, МПК C 02 F 1/28. Спосіб очищення води від барвників / О.Б.Ступін, С.П.Прохоренко, Л.В.Антропова (Україна). - №2003076305; Заяв. 08.07.2003; Опубл. 15.03.2004, Бюл. №3.

18. Пат. №37251 Україна МПК C 02 F 1/62. Спосіб очищення природних та стічних вод від катіонів міді і свинцю / Г.І.Жерякова, О.Б.Ступін, С.П.Прохоренко. - №200806591; Заяв. 15.05.2008; Опубл. 25.11.2008, Бюл. №22.

Анотація

Прохоренко С.П. Очищення стічних вод від нафтопродуктів, барвників і важких металів донецьким природним мезопористим вугіллям. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 21.06.01 - екологічна безпека. - Донецький національний університет, Донецьк, 2009.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей процесу адсорбції нафтопродуктів і барвників природним мезопористим вугіллям (МВ) і вуглецевими сорбентами, важких металів (ВМ) - модифікаціями МВ (його аддуктами зі сполуками перехідних металів) з модельних і стічних вод.

Установлено, що природні МВ володіють високою сорбційною ємністю стосовно диспергованих нафтопродуктів. Адсорбційна ємність МВ стосовно окремих вуглеводнів, що входять до складу нафти, така: найбільша - на циклогексані, трохи менша - на толуолі й найнижча - на декані.

Установлено, що в області вже невеликих концентрацій барвники, прямий червоний (ПЧ) та метиленовій блакитний (МБ), практично націло витягаються із води МВ, що свідчить про високу сорбційну вибірковість поверхні мезопористого вугілля стосовно прямих і основних барвників.

У роботі досліджено і вирішено завдання по модифікуванню природного мезопористого вугілля з метою підвищення його адсорбційних властивостей стосовно важких металів.

Донецьке природнє МВ, як сорбент, має досить високу адсорбційну ємність, низьку вартість, доступність, і в силу цього, можуть бути рекомендовані підприємствам як дешеві адсорбенти для доочищення стічних вод від нафтопродуктів з наступним спалюванням їх у котельнях.

Мезопористе вугілля - національне надбання України, їх необхідно розумно використовувати сьогодні й зберігати для наступних поколінь для цілей підвищення екологічної безпеки гідросфери шляхом глибокого очищення або доочищення СВ сорбційним методом.

Ключові слова: мезопористе вугілля, адсорбція, нафтопродукти, барвники, импрегнування, аддукт, важкі метали.

Аннотация

Прохоренко С.Ф. Очистка сточных вод от нефтепродуктов, красителей и тяжелых металлов донецкими природными мезопористыми углями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Донецкий национальный университет, Донецк, 2009.

Диссертационная работа посвящена исследованию особенностей процесса адсорбции нефтепродуктов и красителей природными мезопористыми углями (МУ) и углеродными сорбентами, тяжелых металлов (ТМ) - модификациями МУ (его аддуктами с соединениями переходных металлов) из модельных и сточных вод.

В работе исследованы длиннопламенные угли Донбасса пластов l₇ (шахта «Горняк») и l₄ (шахта «Трудовская») в качестве адсорбентов для очистки сточных вод. Проведен элементный, технический и физико-химический анализ природных мезопористых углей Dl₇ и Dl₄, который показал, что МУ имеют достаточно высокий суммарный объем пор, развитую удельную поверхность и в силу этого могут быть использованы как эффективные адсорбенты для очистки и доочистки сточных вод (СВ). Установлено, что природные МУ обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к диспергированным нефтепродуктам. Существенно слабее они адсорбируют эмульгированные масла и растворенные нефтепродукты, содержащиеся в сточных водах. Адсорбционная емкость МУ по отношению к отдельным углеводородам, входящим в состав нефти, следующая: наибольшая - на циклогексане, несколько меньшая - на толуоле и самая низкая - на декане.