Разработка метода очистки подземных вод при помощи проницаемого геохимического барьера из пероксида кальция
Выполнил: студент группы МТС03-22-31 |
Кириллов К.О. |
Руководитель: доцент, к.т.н. |
Пряничникова В.В. |
Актуальность
Производство кальцинированной соды по аммиачному способу характеризуется образованием значительного количества отходов. К ним относится в частности дистиллерная жидкость, накапливающаяся в шламонакопителях и в настоящее время перерабатываемая в различные виды товарной продукции, в т. ч. в пероксид кальция.
Данное вещество находит широкое применение в промышленности и может использоваться в средозащитных целях. Интерес представляет применение пероксида кальция для решения сложной проблемы очистки загрязненных подземных вод.
По состоянию на 1 января 2024 года на территории РБ загрязнение подземных вод отмечено на 35 водозаборах питьевого и технического водоснабжения, а также 30 участках. На территориях предприятий нефтяного комплекса содержание органических компонентов в подземных водах превышает нормативные значения в десятки раз.
Цель работы и задачи
Цель работы:
Исследовать возможность применения пероксида кальция в качестве активного вещества геохимического барьера для очистки подземных вод
Задачами исследований являлись:
проведение экспериментов по очистке нефтезагрязненной воды с применением пероксида кальция;
расчет эффективности очистки грунтовой воды;
комбинирование метода химической очистки пероксидом кальция с электрокинетическим воздействием на очищаемую среду для создания оптимальных условий протекания процесса;
разработка рекомендаций по созданию геохимического активного барьера с пероксидом кальция
Научная новизна
Впервые проведено исследование протекания процесса очистки грунтовой воды, загрязненной нефтью, при помощи пероксида кальция с созданием направленного электрокинетического потока
Практическая значимость
Предложен способ применения пероксида кальция в качестве наполнителя активного геохимического барьера, позволяющего производить очистку нефтезагрязненных грунтовых вод методом in situ.
Геохимические барьеры
Геохимические барьеры – это участки, в которых происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их накопление. Главная особенность барьера – резкое изменение физико-химических условий, приводящее к снижению миграционной способности элементов.
Активные барьеры эффективны для удаления одного класса загрязнений, хотя возможно одновременное удаление и органических, и неорганических загрязнений.
В общем случае барьер встраивается в траекторию движения загрязненных подземных вод. Когда воды протекают через барьер, загрязняющие вещества задерживаются и вступают в ряд реакций. Эти реакции приводят к очищению проходящего потока. В идеальном случае, барьеры должны обладать достаточной реактивностью, чтобы полностью задерживать токсиканты - быть проницаемыми для воды, но не для загрязняющих веществ, а также не требующими больших затрат энергии.
Установка
Экспериментальная камера (электрохимическая ячейка) имела форму параллелепипеда из оргстекла.
Размеры камеры: длина – 380 мм, ширина
– 58 мм, высота – 90 мм.
Электроды: нержавеющая сталь с сетчатой структурой, в форме прямоугольных пластин толщиной 5 мм.
Форма обеспечивала равномерное распределение потока по всему образцу.
Очищающий барьер: химически чистый пероксид кальция.
Методика проведения эксперимента
Предварительно готовили загрязненные образцы почвы. В почву массой 1 кг добавляли 10 г дизельного топлива, перемешивали и оставляли настояться на сутки.
Пероксид кальция массой 50 г помещали в центральную камеру, в которой предварительно вручную уплотняли загрязненный дизельным топливом грунт. Область с пероксидом отделялась с помощью бумажного фильтра.
В емкость с почвой подавали электролит - водопроводную воду при помощи системы перфорированных трубок. Дополнительно использовались емкости для сбора переливающейся жидкости, выходящей из общей камеры. Одна металлическая пластина работала как анод, другая – как катод. В образцах почвы происходило однородное распределение электрического тока. Замерялись параметры, такие как сила тока, рН, объем проходящего через почву электроосмотического потока, концентрация нефтепродуктов. Основным показателем являлась эффективность очистки, которую определяли по содержанию нефтепродуктов в выходящем жидкостном потоке и почве.
Результаты экспериментальных исследований
1. Динамика силы тока
В ходе проведения экспериментов проводились замеры величины силы тока через каждые 30 мин при подаче постоянного напряжения равного 20 В. Как указывалось выше, напряжение подавалось в течение 10 часов (300 мин). Здесь и далее приводятся усредненные значения по трем повторностям экспериментов.
Изменение силы тока в процессе электрообработки при напряжении 20 В.
Время, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мин |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
270 |
300 |
330 |
360 |
390 |
420 |
450 |
480 |
510 |
540 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ток, А |
0,11 |
0,21 |
0,45 |
0,68 |
0,75 |
0,79 |
0,61 |
0,56 |
0,54 |
0,48 |
0,43 |
0,39 |
0,37 |
0,36 |
0,36 |
0,35 |
0,34 |
0,33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Динамика силы тока
Из графика видно, что электрический ток начинает резко уменьшаться при проведении опыта более 180 минут, что говорит о наибольшей интенсивности электрохимических процессов на начальном этапе. Затем сила тока уменьшается плавно, постепенно достигая постоянного значения около 0,34А.
На начальной стадии процесса происходит скачек силы тока, что можно объяснить переходом солей, находящихся в сорбированном состоянии в почве, в растворенное состояние, что увеличивает электропроводность среды.
|
0.9 |
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
А |
0.5 |
|
|
|
тока, |
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
Сила |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
30 |
60 |
90 |
120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 |
|
|
|
|
Время, мин |