Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе

Об авторах

Бурмистрова Маргарита Вячеславовна (Пермь, Россия) – сту-

дентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: karino4ko@mail.ru).

Морозова Татьяна Николаевна (Пермь, Россия) – студентка,

Пермский национальный исследовательский политехнический уни-

верситет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: morozova. pstu@yandex.ru).

Белик Екатерина Сергеевна (Пермь, Россия) – кандидат тех-

нических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический универси-

тет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: zhdanova08@mail.ru).

151

УДК 628.16.081.3

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА ПРИ ОЧИСТКЕ АММОНИЙСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

ПРОИЗВОДСТВА ФТОРИСТЫХ СОЛЕЙ

О.М. Власова, Е.Н. Бессонова, И.С. Глушанкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Представлены результаты исследований по выбору сорбента для очистки кислых сточных вод производства фторсолей. Установлено снижение концентрации ионов аммония в промышленных сточных водах, содержащих фторид-ионы, при применении в качестве сорбента природного цеолита клиноптилолита Холинского месторождения.

Ключевые слова: сорбция, цеолит, клиноптилолит, аммонийсодержащие сточные воды производства фтористых солей.

Метод очистки природных и сточных вод от ионов аммония сорбционными материалами нашел широкое применение в пищевой промышленности, при подготовке котловой воды, при глубокой очистке природных вод и т.д. [1–5]. При этом применяют синтетические органические ионообменные материалы и природные и синтетические неорганические сорбенты, такие как катионообменные органические смолы различных типов, а также природные и синтетические цеолиты [1–5].

Степень очистки сточных вод от ионов NH4+ на сильнокислотных катионообменных смолах в большой степени зависит от состава исходной воды, величины pH, а также определяется общей минерализацией стоков. В связи с этим возникает необходимость дополнительной подготовки воды – корректировка рН, удаление солей жесткости, что повышает затраты предприятия при использовании указанных ионообменных материалов.

Природные цеолиты– это минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов. В общем виде состав цеолитов может быть выражен формулой: MxDy[Alx + 2ySizO2x + 4y + 2z] × × nH2O, где M и D – одно- и двухвалентные катионы соответственно [6]. Кристаллическая структура цеолитов и химическое сродство ионов опре-

152

деляют ионообменные и сорбционные свойства этих материалов. Кроме того, в отличие от органических смол, благодаря тому, что каркас цеолита имеет жесткую кристаллическую структуру, эти материалы не набухают с изменением объема. Для повышения сорбционной способности природного сорбента также может применяться метод кислотной и щелочной активации [7].

Всвязи с тем что проблема очистки сточных вод предприятий химической отрасли, в частности производства аммонийсодержащих фтористых солей, сегодня является актуальной проблемой, нами были проведены исследования, целью которых было определение возможно-

сти применения сорбционных материалов для очистки сточных вод указанного производства от ионов NH4+.

Для исследований статической сорбционной емкости были выбраны следующие сорбционные материалы: цеолит марки NaX, диатомит (марки ОДМ-2Ф), образцы клиноптилолита Холинского месторождения – зерненый (ЦПЗ – цеолит природный зерненый) и порошкообразный (ЦПП), клиноптилолит Холинского месторождения предварительно обработанный раствором щелочи (10 %) (ЦПЩ) зерненый, активный уголь марки КАУ (кокосовый активный уголь). Предварительные эксперименты показали, что в сильнокислых средах (рН = 1,5–2) степень извлечения ионов аммония не превышает 10–15 %, поэтому исследования сорбционной очистки проводили при величине рН модельных растворов 4,8–5,5. Корректировку рН проводили раствором гидроксида натрия. Рассмотрим методику проведения исследований по определению статической сорбционной емкости.

Вэкспериментах использовали модельные растворы с концентрацией ионов аммония 15 и 25 мг/л, рН 5,5–6,0. К пробам воды объемом

200 мл добавляли 0,1, 0,2, 0,5 г образцов сорбентов, выдерживали при перемешивании в течение 3 часов. После отстаивания или фильтрования определяли равновесную концентрацию ионов аммония.

Сорбционную емкость образцов определяли по формуле

A = (C0 − Cp )V , m

где С0 – исходная концентрация ионов аммония, г/дм3, V – объем обрабатываемого раствора, дм3; m – масса сорбента, г.

Результаты экспериментов по определению сорбционной емкости выбранных материалов представлены в таблице.

153

Статическая сорбционная емкость образцов сорбентов

Как видно из представленных данных, наибольшей сорбционной емкостью обладает образец клиноптилолита в порошкообразной форме. При концентрации ионов аммония 25 мг/л статическая сорбционная емкость составила 25 мг/г.

В ряду зерненых образцов сорбентов наибольшей активностью обладают образцы природного цеолита – клиноптилолита. Предварительная обработка цеолита щелочным раствором позволила повысить сорбционную емкость на 30 %.

Для исследований процесса очистки сточных вод в динамическом режиме были выбраны зерненые образцы природных цеолитов – ЦПЗ и ЦПЩ.

Для дальнейших исследований процесса очистки сточных вод в динамическом режиме были выбраны наиболее эффективные зерненые образцы сорбентов: ЦПЗ и ЦПЩ. Эксперименты проводили в сорбционных колонках диаметром 0,8 мм, высота слоя сорбента 16 см, объем слоя сорбента 8 см3, скорость фильтрации 0,6–0,65 м/час или 32–35 мл/час. Концентрация ионов аммония в модельном растворе 5,0–5,5 мг/л.

Выходные кривые сорбции ионов на исследуемых образцах представлены на рис. 1 и 2.

Установлено, что в динамическом режиме в заданных условиях объем очищенной сточной воды до проскока в фильтрат ионов аммония, превышающем ПДК (0,5 мг/дм3) для образца ЦПЗ составил 1450 мл, для образца ЦПЩ – 1050 мл, время фильтроцикла для образца ЦПЗ 48 часов, для ЦПЩ – 33,5 часов.

Таким образом, проведенные исследования показали, что ионообменные и сорбционные материалы, в частности природный цеолит клиноптилолит, могут применяться для очистки сточных вод производства фтористых солей от ионов NH4+. При этом наибольшую эффективность в динамическом режиме показал образец щелочно-активирован- ного природного цеолита: при исходном содержании ионов аммония в модельных мастворах 5–5,5 мг/дм3 происходило снижение концентрации ионов NH4+ до величины ПДКNH4+ для водоемов рыбохозяйственного назначения.

154

Рис. 1. Выходная кривая сорбции ионов аммония на природном цеолите, предварительно обработанном 10 % NaOH (ЦПЩ)

Рис. 2. Выходная кривая адсорбции ионов аммония на природном цеолите без предварительной активации

Список литературы

1.Пригун И.В., Краснов М.С. Технология удаления аммиака // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2009. – № 8. – С. 36–42.

2.Горшунова В.П., Спиридонов Б.А., Федянин В.И. Сорбция аммиака пористым оксидом алюминия, модифицированным наночастицами некоторых переходных металлов // Вестник ВГТУ. – Т. 5, № 12. –

С. 136–137.

3.Никашина В.А., Серова И.Б., Кац Э.М. Очистка артезианской питьевой воды от ионов аммония на природном клиноптилолитсодержащем туфе. Математическое моделирование и расчет процесса сорбции // Сорбционные и хроматографические. процессы. – 2008. – Т. 8. –

Вып. 1. – С. 23–29.

4.Извлечение аммонийного азота из воды поверхностного водоисточника с использованием порошкообразных цеолитов / А.А. Беляк, М.М. Герасимов, О.А. Гусева, А.Д. Смирнов // Водоснабжение и сани-

тарная техника. – 2013. – № 11. – С. 32–38.

155

5.Гречушкин А., Синакова Е. Удаление аммония в производстве бутилированной воды // Индустрия напитков. – 2011. – № 6. – С. 28–31.

6.Ерёмин. Н.И. Неметаллические полезные ископаемые: учеб. пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГУ; Академкнига, 2007. – 459 с.

7.Кинетика и сорбционное равновесие ионов аммония на природном и кислотно-активированном алюмосиликатном сорбенте М45К20 / Лы Тхи Иен, В.Ю. Хохлов, В.Ф. Селеменев, Л.И. Бельчинская // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2011. – Т. 11. – Вып. 3. –

С. 382–390.

Об авторах

Власова Ольга Михайловна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,

г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: vlasovaolgazos-12@ya.ru).

Бессонова Елена Николаевна (Пермь, Россия) – ассистент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомоль-

ский пр., 29; e-mail: el-81@yandex.ru).

Глушанкова Ирина Самуиловна (Пермь, Россия) – доктор техни-

ческих наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет

(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: irina_chem@mail.ru).

156

УДК 614.715 613.633

МЕЛКОДИСПЕРСНЫЕ ЧАСТИЦЫ PM2.5 И PM10 В ВЫБРОСАХ АВТОТРАНСПОРТА

М.В. Волкова, Т.С. Уланова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Охарактеризован автотранспорт как один из основных источников выбросов мелкодисперсных частиц фракций PM2,5 и PM10 в атмосферный воздух урбанизированных территорий.

Ключевые слова: мелкодисперсные частицы, PM2,5, PM10, атмосферный воздух, автотранспорт, лазерная нефелометрия.

Транспорт наряду с промышленностью и сельским хозяйством является источником загрязнений окружающей среды. В условиях возрастающих темпов урбанизации, увеличивающемся количестве автотранспорта на долю транспортного комплекса может приходиться до 90 % от всех загрязнений. Автомобильный транспорт загрязняет главным образом атмосферу, однако вследствие оседания частиц загрязняющие вещества могут поступать в почву и водные источники.

К основным загрязняющим веществам, образующимся в процессе работы двигателей, относятся сажа, углекислый газ, оксиды азота, углеводороды, бенз(а)пирен, альдегиды и т.д. [1]. Многие из веществ, содержащихся в выбросах автотранспорта, являются токсичными, некоторые обладают канцерогенными свойствами (бенз(а)пирен). Помимо ущерба здоровью, к неблагоприятным эффектам также можно отнести ухудшение видимости, ущерб растениям, влияние на климат (парниковые газы) и т.д. [2].

Токсичные вещества, выделяющиеся в составе выхлопных газов, имеют небольшой размер, в них присутствуют частицы размерами менее 10 мкм. Частицы данного размера и менее относятся к респирабельным, могут проникать в легкие и вызывать ряд заболеваний или обострять уже имеющиеся [3, 4]. За счет своих аэродинамических свойств мелкодисперсные частицы долго не оседают и могут переноситься на большие расстояния [5]. Помимо непосредственного выброса частиц в результате

157

сгорания топлива в двигателе, мелкодисперсные частицы могут образовываться также при износе автодорожного полотна и шин.

В России в качестве показателей для нормирования выбраны фракции частиц менее 2,5 мкм и менее 10 мкм – PM2,5 и PM10 соответственно.

Для оценки рациональности размещения дорожно-транспортной сети и загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами можно использовать метод лазерной нефелометрии, реализованный в анализаторе DustTrak 8533. Прибор позволяет в онлайн-режиме определять концентрации частиц PM1, PM2,5, PM4 и PM10. В таблице приведены результаты замеров атмосферного воздуха вблизи автодорог в г. Чусовом (Пермский край). Период осреднения 20 минут.

Результаты определения концентрации мелкодисперсных частиц вблизи автодорог в г. Чусовом

*Согласно дополнению №8 к ГН 2.1.6.1338–03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест». Утв. постановлениемГлавногогосударственногосанитарноговрачаРФот19.04.2010 г. №26.

В процессе исследования превышения предельно допустимой концентрации не обнаружено.

Исследования атмосферного воздуха вблизи дорог необходимо проводить в различное время суток, чтобы учесть различные состояния транспортного потока. Результаты следует соотносить с предельно допустимыми концентрациями веществ. Превышающие ПДК результаты замеров могут служить в качестве индикатора необходимости принятия мер по снижению загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта.

К данным мерам, например, можно отнести:

–использование альтернативных видов топлива (электроэнергия, солнечная энергия, газ);

–использование различных нейтрализаторов выбросов токсичных веществ;

–регулирование транспортного потока и разгрузка дорожнотранспортной сети.

158

Список литературы

1.Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт. 1986. – 176 c.

2.Junji Cao, Judith Chow, Frank Lee, John Watson. Evolution of PM2.5 Measurements and Standards in the U.S. and Future Perspectives for China // Aerosol and Air Quality Research. – 2013. – No. 13. – P. 1197–1211.

3.Тертишников И.В. Совершенствование методов экологического мониторинга пылевого загрязнения воздушной среды в жилых зонах при суммарном воздействии промышленных предприятий: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Волгоград, 2012. – 20 с.

4.Cormier S.A., Lomnicki S., Backes W., Dellinger B. Origin and health impacts of emissions of toxic by-products and fine particles from combustion and thermal treatment of hazardous wastes and materials // Environ. Health Perspect. – 2006. – № 114. – P. 810–817.

5.Голохваст К.С. Нано- и микроразмерные частицы атмосферных взвесей и их экологический эффект (на примере городов юга дальнего востока): дис. … д-ра биол. наук. – Владивосток. 2014. – 310 с.

Об авторах

Волкова Марина Валерьевна (Пермь, Россия) – магистрант ка-

федры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (e-mail: mari_703@mail.ru).

Уланова Татьяна Сергеевна (Пермь, Россия) – доктор биологических наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет

(e-mail: ulanova@fcrisk.ru).

159

УДК 628.547.2

РЕЗУЛЬТАТЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА В Г. ПЕРМИ

О.А. Галкина

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Показана актуальность оценки шумового воздействия в центральных районах города. Проведены замеры транспортного шума в соответствии с нормативными документами. По результатам измерений установлены уровни шума, способные вызвать негативные эффекты в состоянии здоровья населения.

Ключевыеслова: транспорт, уровеньшума, городскойшум, измерения.

В современных крупных городах шум является одним из наиболее распространенных видов загрязнения окружающей среды, непрерывно воздействующих на жизнедеятельность человека. Проблеме защиты от повышенного шума уделяется серьезное внимание во всём мире. В отличие от стран ЕС, США и др., где существует тенденция постепенного снижения уровня шума, воздействующего на население, в России наблюдается рост акустического загрязнения, достигающего в крупных городах опасных для здоровья населения уровней [1].

Действие шума на организм человека не ограничивается только воздействием на орган слуха. В ряде эпидемиологических исследований установлено, что уровни шума до 60 дБА влияют на нервную систему, вызывают беспокойство, раздражительность, агрессивность. Хроническое воздействие уровней шума 60–70 дБА приводит к снижению качества отдыха, ухудшению работоспособности и умственной активности, нарушению сна и способствует возникновению ряда заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем, а также вызывает развитие профессионального заболевания – «шумовой болезни».

Источники городского шумового воздействия включают стационарные (источники шума промышленных производств, коммунально-быто- вой сферы) и передвижные источники (транспорт всех видов). Значимым по уровню и вносящим наибольший вклад в акустическое загрязнение го-

160