Марисик С. В. Обґрунтування технологічних і конструктивних параметрів застосування сорбційних матеріалів при очищенні води від іонів важких металів і радіонуклідів

Дисертаційна робота представляє собою закінчене наукове дослідження, в якому розв’язано актуальне завдання наукове обґрунтування застосування ефективних сорбентних матеріалів та конструкції відстійника-адсорбера для вилучення із води сучасних забруднень, у тому числі іонів важких металів і радіонуклідів. Актуальність: трапні води, води теплообмінників АЕС потрапляють у поверхневі джерела з радіонуклідами, шахтні і кар’єрні води забруднюють підземні і поверхневі джерела, наслідками військових дій є потрапляння у водні джерела іонів важких металів, бойових отруйних речовин. Мета: дослідити властивості та обґрунтувати застосування сучасних сорбентних матеріалів для видалення із води іонів важких металів та радіонуклідів, розробити конструкцію споруди для ефективної адсорбції і седиментації сучасних забруднень із води. Задачі досліджень: здійснити аналіз перспективних сорбентів для видалення із води іонів важких металів і радіонуклідів; виконати лабораторні дослідження гідродинамічних характеристик для визначених сорбентних матеріалів; розробити математичну модель процесів адсорбції і седиментації забруднень із води; розробити конструкцію та обґрунтувати параметри споруди для забезпечення оптимальних умов седиментації забруднень, здійснити апробацію та впровадження у виробництво запропонованої споруди. Наведено актуальність теми, обґрунтовано застосування сорбентних матеріалів для видалення іонів важких металів та радіонуклідів, запропоновано рішення щодо конструкції універсальної споруди «відстійника-освітлювача» для оптимізації процесів адсорбції та седиментації забруднень. Здійснено аналіз структури забруднюючих речовин, проаналізовано сучасні технології очищення у стічних та природних водах. Обґрунтовано застосування природних сорбентів, які мають значну адсорбційну ємність, що може бути розвинена у процесі їх модифікування. Ключові переваги цих матеріалів наступні: природні сорбенти широко розповсюджені в Україні; вони є доступним, недорогим матеріалом; адсорбційні технології з використанням дисперсних сорбентів забезпечують високий ступінь очищення; відпрацьовані природні сорбенти можливо утилізувати застосуванням у технологіях отримання інших продуктів. Описані фізико-механічні властивості різних сорбентів, обґрунтовано застосування перспективних матеріалів для адсорбції іонів важких металів та радіонуклідів. Наведені дані щодо об’єкту досліджень, описана методика проведення лабораторних досліджень. Досліди з гідравлічної крупності виконувались на модельному розчині з підготовленої води та сорбентів бентоніту, цеоліту, фероціаніду міді, синтезовано шляхом змішування розчинів фероціаніду калію та мідного купоросу. Оптимальна кількість вимірювань багатофакторної залежності визначалася за методом Бокса-Вілсона. Висвітлені результати лабораторних експериментів щодо визначення гідравлічної крупності досліджених сорбентів, а також результати математичного моделювання гідродинамічних процесів в універсальній споруді. За результатами лабораторних досліджень отримані емпіричні моделі зміни каламутності в процесі відстоювання колоїдів сорбентів та виконаний кореляційний аналіз можливих зв’язків процесу седиментації колоїдних конгломератів. Найкращий результат як за гідродинамічними показниками, так і за сорбційними властивостями показала суміш фероціанід міді-бентоніт. Моделювання гідродинамічних процесів проведено у віртуальному середовищі Autodesk CFD, на основі методу скінченних елементів. За результатами моделювання отримані закономірності розподілу швидкостей потоку у відстійнику-адсорбері, на основі яких визначені параметри споруди, в якій забезпечуються оптимальні умови для адсорбції і седиментації забруднень із води. Запропонована універсальна технологічна споруда "відстійник-адсорбер" дозволяє зменшити енерговитрати за рахунок використання для проходження процесів очищення води від радіонуклідів і важких металів. Зменшуються ризики радіоактивного забруднення навколишнього середовища, пов’язані з передачею оброблюваної рідини з однієї споруди чи обладнання до іншої, так як всі технологічні процеси відбуваються у корпусі однієї споруди.