Деструкция комплексообразователей в гетерогенной среде под действием переменного электрического тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат наук Чижов, Сергей Викторович

• Чижов, Сергей Викторович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Чижов, Сергей Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Очистка сточных вод

1.1.1 Виды и источники ЖРО

1.1.2 Методы очистки ЖРО

1.1.3 Электрохимические методы

1.2 Электрохимическая кинетика

1.2.1 Химические реакции при прохождении постоянного тока

1.2.2 Химические реакции при прохождении переменного тока

1.3 Двойной электрический слой в гетерогенной системе

1.3.1 Свойства двойного электрического слоя

1.3.2 Поляризационные явления в гетерогенных системах и их влияние на кинетику химических реакций

1.4 Исследование химических реакций в гетерогенных системах под действием переменного электрического тока

1.5 Выводы по результатам обзора литературных источников

1.6 Цели и задачи работы

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследований

2.2 Подготовка исследуемых растворов

2.3 Определение концентрации щавелевой кислоты

2.4 Изучение кинетики разложения

2.5 Снятие вольтамперных характеристик

2.6 Исследования межфазного контакта

2.7 Метод рентгеновской дифрактометрии

2.8 Расчет удельного расхода электроэнергии

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ59 3.1 Термодинамический расчет

3.2 Влияние размера частиц углеродистого материала и температуры на скорость разложения щавелевой кислоты

3.3 Определение влияния напряженности электрического поля при различной температуре на степень разложения щавелевой кислоты

3.4 Определение характера влияния фоновых добавок на процесс разложения щавелевой кислоты

3.4.1 Исследование влияния фоновых концентраций №С1

3.4.2 Определение влияния добавок Н2О2 и НЫС3

3.5 Изучение влияния электропроводности твердой засыпки на разложение щавелевой кислоты

3.6 Определение характера влияния частоты электрического тока на процесс разложения щавелевой кислоты

3.7 Исследование вольтамперных характеристик

3.8 Исследование электрические параметры единичного контакта гетерогенной среды

3.9 Исследование протекания химических реакций в

электротермохимическом реакторе на переменном и постоянном электрическом токе

3.10 Определения влияния разрыва сплошности гетерогенной структуры92

3.10.1 Определение влияния введения в гетерогенную среду электроизолирующих мембран

3.10.2 Определение влияния введения в гетерогенную среду твердого неэлектропроводного материала

3.11 Определение влияния высоты засыпки реактора на степень разложения щавелевой кислоты

ГЛАВА 4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1 Механизм реакции разложения щавелевой кислоты в электротермохимическом реакторе

4.2 Распределение электрической мощности в гетерогенной системе антрацит - раствор электролита

4.2.1 Распределение электрической мощности в засыпке твердого

электропроводного материала

4.2.2 Распределение электрической мощности в жидкой фазе гетерогенной

системы

4.3 Предлагаемая технологическая схема очистки ЖРО

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Деструкция комплексообразователей в гетерогенной среде под действием переменного электрического тока»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

При эксплуатации атомных электростанций (АЭС) и других объектов ядерного цикла образуется значительное количество жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и других радиоактивно-загрязнённых водных сред (в результате дезактивации оборудования, использования моечных и обмывочных вод санпропускников). Эти отходы, как правило, направляются после нейтрализации на выпарку, а образующийся кубовый остаток передаётся на хранение. Обращение с кубовым остатком является в настоящее время центральной и наиболее острой проблемой из числа относящихся к радиоактивным отходам. Разработанные в настоящее время методы утилизации, как правило, дороги и не предусматривают значительного сокращения количества утилизируемых отходов.

Ввиду того, что более 80% ЖРО составляет вода, целесообразно очищать эти растворы от содержащихся в комплексообразователей, различных солей и радионуклидов, а воду возвращать для повторного использования. Очистка растворов, содержащих такие соединения, стандартными физико-химическими методами существенно затруднена ввиду того, что тяжелые металлы и радионуклиды связаны в прочные водорастворимые органические комплексы. Поэтому весьма перспективной в настоящее время является разработка эффективных способов предварительного разложения органических комплексов с целью облегчения последующего извлечения из воды радионуклидов. Одним из таких способов является предлагаемый метод разложения водорастворимых органических соединений в гетерогенной среде твердое-жидкое при пропускании через нее переменного электрического тока.

Цель работы заключается в исследование характера влияния параметров гетерогенной системы на скорость химических процессов, протекающих в ней под действием переменного электрического тока.

Задачи работы

1) становить влияние состава твердой фазы гетерогенной среды на скорость протекающих в ней реакций;

2) определить влияние параметров электрического тока, проходящего через гетерогенную среду, на физико-химические процессы, протекающие в ней;

3)уточнить механизм деструкции органических комплексообразователей, на примере раствора щавелевой кислоты.

Научная новизна

1) становлено влияние параметров электрического тока, проходящего через гетерогенную систему антрацит - раствор щавелевой кислоты, на физико-химические процессы, протекающие в ней;

- ксимальная степень превращения щавелевой кислоты, при прочих равных условиях, достигается при частоте переменного электрического тока f = 20-50Гц;

-ипри использовании переменного тока степень превращения щавелевой кислоты в 5-10 раз выше, чем на постоянном токе, при том же напряжении;

-иувеличение напряжения вызывает рост скорости деструкции.

2) Установлено, что наблюдающееся ускорение реакций деструкции раствора щавелевой кислоты не связано с каталитическим действием углеродистых материалов и возможным перегревом контактной зоны, а зависит от двойного электрического слоя (ДЭС), причем на переменном токе величина электрической емкости ДЭС имеет решающее значение для скорости процесса.

3) Установлено, что в результате деструкции щавелевой кислоты в гетерогенной системе (антрацит - раствор щавелевой кислоты) под действием переменного электрического тока образуются СО, СО2, Н2СО2, и твердые частицы углерода.

4) Предложены стадии прохождения реакции разложения щавелевой кислоты на переменном и постоянном токе.

Практическая значимость работы

Результаты исследований могут быть положены в основу разработки новой технологии и создания установки для предварительной очистки жидких радиоактивных отходов от органических комплексообразователей.

Внедрение разработанного метода очистки воды позволит решить проблему предварительного разложения веществ, препятствующих эффективной утилиза-

ции жидких радиоактивных отходов, что повысит эффективность извлечения тяжелых металлов и радионуклидов и, в конечном итоге, приведет к существенному сокращению объемов РО, подлежащих захоронению. Тем самым, от практического использования результатов исследования может быть получен как экономический, так и существенный экологический эффект.

Результаты исследования могут быть также использованы для разработки технологий очистки других промышленных сточных вод, содержащих трудноиз-влекаемые водорастворимые органические загрязнители, в частности: сточных вод красильных производств, фенолсодержащих сточных вод, сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов и др.

Предлагаемый метод очистки сточных вод от органических загрязнителей позволяет избежать использования дорогостоящих, химически агрессивных и токсичных реагентов, что выгодно отличает данный способ от известных методов окислительной деструкции (озонирование, обработка пероксидом водорода и др.).

По удельным энергозатратам, составляющим порядка 20 Втч/г, разработанный метод находится на одном уровне с известными методами разложения органических загрязнителей электрическими разрядами и методами электрохимической очистки на постоянном токе. По сравнению с традиционными методами электрохимической очистки разработанный способ отличается более простым аппаратурным оформлением и отсутствием выделения водорода в процессе реакции, что повышает безопасность процесса. Процесс проводится с использованием переменного тока промышленной частоты (не требуется специальных устройств для выпрямления тока).

Методы исследования

В ходе экспериментов применялись стандартные измерительные приборы и современные методики измерения физико-химических величин. Непосредственному исследованию гетерогенных систем предшествовала многократная отработка экспериментальных методов. Проведены лабораторные исследования с использованием как химических методов анализа (химическое титрование и др.), так и аппаратурных - рентгеновская дифрактометрия, осциллографирование, снятие

вольт-амперных характеристик и обработка экспериментальных данных математическими методами с применением программных пакетов Microsoft Office, а так же прикладного программного обеспечения аналитического оборудования. Полученные экспериментальные данные воспроизводимы, хорошо согласуются друг с другом и не противоречат известным положениям физики и физической химии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) результаты экспериментальных исследований влияния параметров переменного электрического тока, проходящего через гетерогенную среду, на физико-химические процессы, протекающие в ней;

2) результаты экспериментальных исследований влияния свойств твердой фазы гетерогенной среды на скорость протекающих в ней реакций;

3) вероятный ход реакций разложения щавелевой кислоты в реакторе двойного электрического слоя;

4) схема установки для очистки жидких радиоактивных отходов.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных конференциях: на всероссийской научно-технической конференции с международным участием Актуальные проблемы рудной и химической электротермии «Электротермия -2012», 5 - 7 июня 2012 г., Санкт-Петербург; на 2-й научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки -2013», 2-4 апреля 2013 г., Санкт-Петербург; на Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы и технологии в современном мире», 29-30 ноября 2013 г., Уфа; на научной конференции «Традиции и инновации», посвященной 187-й годовщине образования СПбГТИ(ТУ), 3-4 декабря 2015 г., Санкт- Петербург; на VI научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Неделя науки-2016. Технологии и инновации», 30 марта - 1 апреля 2016 г., Санкт- Петербург;

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Очистка сточных вод

1.1.1 Виды и источники ЖРО

Жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) разного состава образуются на всех этапах ядерного топливного цикла. Поэтому, наряду с радиоактивными изотопами, в них содержатся продукты коррозии и эрозии, радиоактивные и нерадиоактивные загрязнения [1].

Жидкие радиоактивные отходы принято делить на пять категорий в зависимости от удельной активности [2]. Классификация ЖРО указана в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Классификация жидких радиоактивных отходов

Категория Объемная актив- Примечание

ность,

Аv, Бк/л

1 менее 3,7-102 Выбрасывают в окружающую среду без пе-

2 3,7-102 - 3,7-104 реработки;

3 3,7-104 - 3,7-106 Переработка обычными методами, не тре-

буют защиты;

4 3,7-106 - 3,7-109 Переработка обычными методами, защита

целесообразна;

5 более 3,7-109 Переработка специальными методами, за-

щита необходима;

Необходимо охлаждение; переработка спе-

циальными методами, защита необходима;

По концентрации солей жидкие радиоактивные отходы можно разделить на три типа:

1 бессолевые воды (воды контуров АЭС, бассейнов выдержки, конденсаты);

2 малосолевые (воды от отмывок, протечек контуров);

3 высокосолевые (лабораторные, регенерационные, дезактивационные воды).

Радиоактивные воды АЭС подразделяют на несколько видов:

- конденсат турбин и греющего пара подогревателей;

- продувочная вода парогенерирующих установок;

- воды опорожнения основных и вспомогательных контуров;

- регенерационные и промывочные воды;

-организованная и неорганизованная протечки;

- воды реакторов, использующих мягкое регулирование реактивности растворами борной кислоты;

- дезактивационные и обмывочные воды;

- воды спецпрачечных и душевых;

- фильтрат и декантант жидких отходов [3].

Одним из источников органических загрязнений вод являются дезактиваци-онные воды, которые появляются в результате проведения дезактивации оборудования в сборе, например, основного контура циркуляции реактора, парогенератора или отдельных деталей на специальных установках. Химический состав дезак-тивационных вод зависит от реагентов, используемых для дезактивации. В образующихся жидких радиоактивных отходах может содержаться большое количество щелочи, нитратов кальция и железа, щавелевой кислоты, высокомолекулярных органических кислот. Активность дезактивационных вод на современных АЭС составляет 105-106 Бк/л [4].

Существующие дезактивирующие растворы по эффективности и назначению можно разделить на три группы:

1) растворы для удаления нефиксированных и слабофиксированных радиоактивных загрязнений;

2) растворы для удаления прочнофиксированных радиоактивных загрязнений, рыхлых окисных отложений и травления окисленных металлов;

3) растворы для удаления плотных оксидных пленок и прочнофиксированных радиоактивных загрязнений с металлических поверхностей.

Растворы для удаления нефиксированных и слабофиксированных радиоактивных загрязнений предназначены для дезактивации поверхностей помещений, защитных покрытий, спецодежды. Основные компоненты подобных растворов -поверхностно-активные вещества, а в качестве комплексообразователей используют ЭДТА и ее соли, лимонную, щавелевую кислоты.

При травлении окисленных металлов в качестве травящих агентов в основном используют слабые кислоты - лимонную, щавелевую, сульфаминовую. Органические кислоты обладают комплексообразующими свойствами и не вызывают коррозионного растрескивания аустенитной стали. Чаще всего используют композиции из лимонной, щавелевой, сульфаминовой кислот [5].

Комплексообразующие свойства органических веществ затрудняют очистку ЖРО от тяжелых металлов. Поэтому одной из стадий очистки сточных вод должно быть разложение оксалатных комплексов.

Основные цели очистки ЖРО:

- извлечение радионуклидов и получение воды с содержанием радионуклидов ниже допустимых норм, которая может быть сброшена в окружающую среду без нанесения ей ущерба или использована повторно;

- концентрирование радионуклидов в минимальном объеме;

- возможность последующей обработки отходов, направленной на перевод их в твердое, безопасное для окружающей среды состояние.

Данные цели требуют применением комплексных способов очистки, включающих различные методы[6, 7].

1.1.2 Методы очистки ЖРО

Механическая очистка применяется, преимущественно, как предварительная. Ее задачи заключаются в подготовке сточных вод последующим методам очистки, что обеспечивает выделение взвешенных частиц из сточных вод на 90-95%, а снижение органических загрязнений до 20-25% [8].

Химическая очистка применяется как самостоятельный метод, а в ряде случаев - как предварительная, перед физико-химической очисткой. Авторы [8] от-

мечают, что химическая обработка находит применение и как метод глубокой очистки с целью дезинфекции, обеспечивая извлечение различных компонентов. Основным методом химической очистки от органических загрязнений является окисление.

Авторы [3,4] отмечают, что при добавлении в воду окислителей, большая их часть расходуется на окисление органических и некоторых минеральных веществ. Но очистка окислителями связана с большим расходом реагентов, высокой токсичностью, поэтому ее применяют только в тех случаях, когда вещества, загрязняющие сточные воды, нецелесообразно или нельзя извлечь другими способами.

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы -пузырьки», всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается не смачивание или плохое смачивание частицы жидкостью [8]. Эффективность процесса зависит от свойства воды и примесей, крупности пузырьков воздуха и равномерности их распределения по площади флотационной камеры. [9].

Для очистки сточных вод от органических загрязнений используют пенную флотацию. Флотационная очистка от растворенных органических веществ не всегда может быть осуществимой и практически целесообразной, все зависит от вида растворенных высокомолекулярных соединений и их концентрации в исходной воде. Переводом в пену могут удаляться синтетические высокомолекулярные спирты, синтетические жирные кислоты и их соли, алкисульфаты и алкилсульфо-наты, алкиламиды и многие другие продукты органического синтеза [10]. Пена, образующаяся в результате флотации, удаляется либо гидравлическим способом, либо механически с использованием скребковых механизмов [9].

Под сорбционной очисткой понимают концентрирование веществ на поверхности или в объеме пор твердого материала. Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты, или слабые электролиты, красители, непредельные соединения. При содержании только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим. Применение сорбентов для удаления из воды органических соединений является одним из предпочтительных методов. Их преимущество в том, что они не разрушают вещества, поэтому отпадает опасность появления нежелательных продуктов деструкции.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок, получаемые путем активации углеродсодержащих материалов (каменные угли, антрацит, торф). Активация заключается в термохимической обработке дробленного и отсортированного материала, в результате чего улетучивающиеся компоненты удаляются, материал уплотняется и приобретает микропористую структуру [8,9].

Для увеличения эффективности сорбционной очистки авторы [11] предлагают использовать новые нанодисперсные сорбенты. Их основа - природные высокодисперсные алюмосиликаты, поверхность которых модифицирована веществами неорганической и органической природы. Наносорбенты (размер частиц 20-25 нм) интенсифицируют коагуляционные и гетерокоагуляционные процессы выделения и осаждения растворимых загрязнителей воды. Они имеют высокоразвитую

Л

удельную поверхность 500-550 м /г, сорбционную емкость по отношению к катионам металлов, органическим, металл-органическим соединениям и радионуклидам.

В работе [12] отмечается возможность применения природных и модифицированных монтмориллонитовых глин для сорбции радионуклидов цезия. Основным преимуществом сорбентов на основе природных материалов является их доступность и низкая стоимость. Углеродсодержащие и ферроцианидсодержащие

модифицированные глины могут быть использованы в качестве сорбентов для удаления цезия из высокосолевых растворов, в частности, из жидких радиоактивных отходов АЭС.

Также авторы [13] предлагают использовать процесс, комбинирующий фотокаталитическое разложение органического комплекса с сорбцией выделенных металлических ионов на диоксиде титана. Исследования были выполнены на ЖРО АЭС, представляющих собой кислые отработавшие дезактивирующие растворы. Оптимальное разложение органических веществ было достигнуто путем комбинированного действия фотокатализатора диоксида титана и перекиси водорода. Однако фотокаталитическое разложение является эффективным в кислой среде, в то время как сорбция перекиси водорода происходит только в щелочном диапазоне рН. Поэтому для повышения эффективности процесса стадию фоторазложения необходимо проводить в кислом растворе с последующим подщелачиванием с целью улучшения условии сорбции перекиси водорода на диоксиде титана.

Ионный обмен широко применяется при обработке природной воды и конденсата на ТЭС и АЭС. Сущность ионного обмена заключается в извлечении из водных растворов различных ионов за счет обмена их на другие ионы, входящие в состав фильтрующих материалов, называемых ионитами. Метод применяют для глубокой очистки сточных вод от минеральных и органических ионизированных соединений и обессоливания с целью повторного использования очищенной воды. Сточные воды, подаваемые на установку, не должны содержать: солей - свыше 3000 мг/л, взвешенных веществ - свыше 8мг/л [3,9].

Удаление из воды радионуклидов с помощью ионного обмена основано на том, что многие из них находятся в воде в ионном состоянии или в виде коллоидов, которые при соприкосновении с ионитом разрушаются и сорбируются фильтрующим материалом.

В качестве ионитов применяют неорганические природные и искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов, а также иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина.

Присутствие органических веществ оказывает влияние на процесс очистки воды ионообменными смолами. Во-первых, в результате взаимодействия некоторых радионуклидов с органическими веществами могут получаться сложные соединения, не поглощаемые смолами; во-вторых, присутствие в воде органических веществ в значительной степени ухудшает фильтрационные и ионообменные свойства ионитов за счет поглощения ими этих органических веществ. Поэтому в тех случаях, когда вода загрязнена органическими веществами, перед ионитными фильтрами предусматривается предварительная очистка путем сорбции органических веществ сорбентами. При обработке высокоминерализованных радиоактивных вод предусматривается предварительное их обессоливание методом термической дистилляции или обратного осмоса [3].

Процесс разделения истинных растворов, заключающийся в фильтровании жидкости через полупроницаемые мембраны, которые пропускают воду, но задерживают растворенные вещества, называется обратным осмосом. Обратным осмосом очищают гомогенные (однородные) системы. Обратноосмотическая мембрана должна быть настолько плотной, чтобы служить барьером для веществ, находящихся в растворах в виде молекул и ионов, что вызывает значительные гидравлические сопротивления при продавливании через мембраны чистого растворителя. Также при обратноосмотическом разделении растворов возникает еще одна дополнительная противодействующая процессу сила - разность осмотических давлений, величина которой весьма значительна при высокой концентрации растворенных веществ. При обратном осмосе не должно происходить загрязнения мембраны, т.е. задерживаемые вещества должны отводиться от мембраны и не сорбироваться ни на ее поверхности, ни в ее объеме. Загрязнение мембран является вторичным процессом, отрицательно влияющим на обратноосмотическое разделение растворов [14].

Достоинствами метода являются отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии; возможность проведения процесса при комнатных температурах без применения или с небольшими добавками химических реагентов; простота конструкций аппарату-

ры. Недостатки метода: возникновение явления концентрационной поляризации, которое заключается в росте концентрации растворенного вещества у поверхности мембран; проведение процесса при повышенных давлениях, что вызывает необходимость специальных уплотнений аппаратуры.

Ультрафильтрация является частным случаем обратного осмоса и заключается в фильтровании водных растворов органических веществ и коллоидных растворов через более крупнопористые полупроницаемые мембраны. Мембраны с порами радиусом менее 1,5 нм следует отнести к обратноосматическим, а мембраны с большими порами - к ультрафильтрационным [14].

Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. В общем случае для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3-4 г/л их рациональней извлекать экстракцией, чем адсорбцией. Чтобы снизить содержание растворенных примесей до концентраций, ниже предельно допустимых, необходимо правильно выбрать экстрагент и скорость его подачи в сточную воду. Так как совершенно нерастворимых в воде жидкостей нет, то в процессе экстракции часть экстрагента растворяется в сточной воде, становиться новым ее загрязнителем, поэтому необходимо удалять экс-трагент из рафинада. Это также необходимо производить и в целях сокращения потерь растворителя [9].

При использовании термоокислительных методов все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений.

К этим методам относят парофазное окисление («огневой» метод), жидко-фазное окисление («мокрое» сжигание), а также парофазное каталитическое окисление.

Сущность «огневого» метода заключается в том, что сточная вода, вводимая в распыленном состоянии в высокотемпературные (900-1000 °С) продукты горении топлива, испаряется, органические примеси сточной воды сгорают, образуя

продукты полного сгорания. Минеральные примеси при этом образуют твердые и расплавленные частицы, которые выводятся из рабочей камеры печи или уносятся с дымовыми газами [8]. Метод может быть использован для обезвреживания небольшого объема сточных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества, очистка которых другими методами нецелесообразна. Кроме того, «огневой метод» целесообразен, если имеются горючие отходы, которые можно использовать как топливо.

Сущность жидкофазного обезвреживания состоит в окислении кислородом воздуха органических примесей сточной воды, находящихся в жидкой фазе при температуре 100-350°С и давлении 2-28 МПа. Достоинствами метода являются возможность очистки большого объема сточных вод без предварительного концентрирования; отсутствие в продуктах окисления вредных органических соединений; легкость комбинирования с другими методами, а недостатками - неполное окисление некоторых химических веществ, значительная стоимость оборудования установки и высокая коррозия оборудования в кислых средах.

Термокаталитическое окисление применяется при очистке сточных вод, загрязненных летучими органическими веществами. По этому методу сточная вода подается в выпарной аппарат, где пары воды и органических веществ, а также газы и воздух подогреваются до 300°С, затем смесь подается в контактный аппарат, загруженный катализатором. Обезвреженная парогазовая смесь охлаждается.

Термоокислительные методы применяются при небольших расходах высококонцентрированных сточных вод.

1.1.3 Электрохимические методы

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют электрохимические методы. Все процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки, без использования химических реагентов [15].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чижов, Сергей Викторович, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баклушин, Р.П. Эксплуатация АЭС. Ч. I. Работа АЭС в энергосистемах. Ч. II. Обращение с радиоактивными отходами: Учебное пособие / Р.П. Баклушин. - М. : НИЯУ МИФИ, 2011. - 304 с.

2. Маркитанова, Л.И. Проблемы обезвреживания радиоактивных отходов / Л. И. Маркитанова // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Экономика и экологический менеджмент». - 2015. - № 1. - C. 140-146.

3. Коростелев, Д. П. Обработка радиоактивных вод и газов на АЭС / Д. П. Коростелев. - М. : Энергоатомиздат, 1988. - 152с.

4. Рябчиков, Б.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов / Б.Е. Рябчиков. - М. : Дели принт, 2008. - 513с.

5. Ампелогова, Н.И. Дезактивация в ядерной энергетике / Н.И. Ампелого-ва, Ю.М. Симановский, А.А. Трапезников; под редакцией В.М. Седова. - М. : Энергоиздат, 1982. - 256с.

6. Ястребинский, Р.Н. Радиационно-защитные методы переработки и кондиционирования РАО АЭС / Р.Н. Ястребинский, В.И. Павленко, А.В. Ястребинская // Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ, Украина). - № 2. - 2013. - С. 90-93.

7. Руденко, Л. И. Комплексный способ очистки жидких радиоактивных отходов от органических соединений и радионуклидов / Л. И. Руденко [и др.] // Доповщ Нащонально!' академп наук Украши. Математика, природознав-ство, техшчш науки : Науково-теоретичний журнал. - 2012. - № 10. - С. 136141.

8. Яковлев, С.В. Очистка производственных сточных вод: учебн. пособие для вузов / С.В. Яковлев [и др.].- М. : Стройиздат, 1985. - 335с.

9. Пааль, Л.Л. Справочник по очистке природных и сточных вод / Л.Л. Пааль [и др.]. - М. : Высшая школа, 1994.-336с.

10. Манцев, А.И. Очистка сточных вод флотацией / А.И. Манцев. - Киев. : Будiвельник, 1976.- 132с.

11. Свиридов, А.В. Алюмосиликатные сорбенты в технической очистке воды /А.В. Свиридов, Е.В. Ганебных, В.А. Елизаров // Экология и промышленность России. - 2009. - №11. - С. 28 - 30.

12. Милютин, В.В. Исследование сорбции радионуклидов цезия, стронция, урана и плутония на природных и модифицированных глинах / В.В Милютин [и др.] // Радиохимия, 2012.- Т. 54 - №1. - С. 71-74.

13. Шульга, Н.А. Обработка жидких радиоактивных отходов на АЭС/ Н.А. Шульга, И.Д. Соколова // Атомная техника за рубежом. - 2008. - №9. - С. 3 -19.

14. Ясминов, А. А. Обработка воды обратным осмосом и ультрафильтрации /А. А. Ясминов [и др.].-М. : Стройиздат, 1978. - 120с.

15. Яковлев, С. В. Технология электрохимической очистки воды / С. В. Яковлев, И. Г. Краснобородько, В. М. Рогов. - Л. : Стройиздат, 1987. - 312с.

16. Мейдриш, Г.Л. Обеззараживание природных сточных вод с использованием электролиза / Г.Л. Мейдриш, А. А. Тейшева, Д. Л.Басин. - М.: Стройиздат, 1982. - 80с.

17. Пятницкий, И.В. Аналитическая химия кобальта. / И. В.Пятницкий. -М. : Наука, 1965. - 261 с.

18. Сергиенко, М.А. Оптимизация технологии переработки жидких радиоактивных отходов дезактивации атомных подводных лодок : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 01.04.07 / М.А. Сергиенко ; Белгород, 2003. - 19 с.

19. Хоникевич, А.А. Очистка радиоактивно-загрязненных вод оабораторий и исследовательских реакторов / А.А. Хоникевич. - М.:Атомиздат, 1974. -312с.

20. Соложенкин, П.М. Перспектива практического применения гальванохимических процессов для очистки сточных вод / П.М. Соложенкин // Химическая технология. - 2004. - № 4. С. 39-46.

21. Чантурия, В.А. Гальванохимические методы очистки техногенных вод: теория и практика/ В.А. Чантурия, П.М. Соложенкин. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005.-204с.

22. Сергиенко, М.А. Оптимизация технологии переработки жидких радиоактивных отходов дезактивации атомных подводных лодок : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 01.04.07 / М.А. Сергиенко ; Белгород, 2003. - 19 с.

23. Пат. 2127459 Российская Федерация, МПК G 21 F 9/06. Способ очистки жидких отходов от ионов тяжелых металлов и их радиоактивных изотопов / Чугунов А.С., Нечаев А.Ф., Шибков С.Н. ; заявл. 25.12.97, опубл. 10.03.99.

24. Пат. 2250520 Российская Федерация, МПК G 21 F 9/06. Способ очистки жидких радиоактивных отходов / Сергиенко М.А., Прозоров В.В., Лысенко А.А., Олейник М.С., Мусакин Д.А. ; заявитель и патентообладатель ОАО СПИИ "ВНИПИЭТ" ; заявл. 2003-04-25, опубл. 20.04.2005.

25. В 2х кн. Кн.2: Электрохимия. Химическая кинетика и катализ: учебник для вузов / под ред. К. С. Краснова. - М.: Высш. шк., 1995. - 512 с.

26. Скорчеллетти, В.В. Теоретическая электрохимия / В.В. Скорчеллетти. -Л. : Химия, 1974. - 568 с.

27. Шульгин, Л. П. Электрохимические процессы на переменном токе / Л.П. Шульгин. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1974. - 70 с.

28. Электрохимия / И. Корыта, И. Дворжак, В. Богачкова: пер. с чеш. А. Б. Эршлера ; под ред. В. С. Багоцкого. - М. : Мир, 1977. - 472 с

29. Теоретическая электрохимия: Учеб. для хим. -технолог. спец. вузов. -4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк. , 1984. - 519 с.

30. Meredith, R. E. Conduction in Heterogeneous Systems / R. E. Meredith, C. W. Tobias // Advances Electrochem. and Electrochem. Engng. V. 2. - New-York -London Interscience, 1962. - P. 15 - 47.

31. Челидзе, Т.Л. Электрическая спектроскопия гетерогенных систем / Т.Л. Челидзе, А.И. Деревянко, О. Д. Куриленко. - Киев: Наук. думка, 1977. - 231 с.

32. Дамаскин, Б. Б. Электрохимия / Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий. - М.: Высш. Шк., 1987. - 295 с.

33. Багоцкий, В. С. Основы электрохимии / В. С. Багоцкий. - М.: Химия, 1988. - 400 с.

34. Укше, Е. А. Влияние природы электролита на емкость двойного электрического слоя в расплавленных солях / Е. А. Укше, Н. Г. Букун, Д. И. Лей-кис // Изв. АН СССР. Отд. хим. наук. - 1963. - №1. - С. 139 - 143.

35. Перехрест, Н. А. Электрохимическое поведение суспензий активированного угля в серной кислоте/ Н. А. Перехрест, [и др.] // Укр. хим. журнал. -1983. - Т. 49. - №10. - С. 1080 - 1082.

36. Рогачев, В. В. Исследование механизма взаимодействия графита с оксидными расплавами переменно-токовым методом / В.В. Рогачев, А.И. Сотников // Расплавы. - 1996. - №5. - С. 58 - 61.

37. Максвелл, Д. К. Трактат об электричестве и магнетизме. В 2-х томах. Т. 1. - М.: Наука, 1989. - 416 с.

38. Пат. 5.529.971 США. Carbon foams for energy storage devices/ Kaschmitter J. L., Mayer S. T., Pecala R. W. (США). - №036740; Заявл. 25.03.93; Опубл. 25.06.96.

39. Пат. 5.781.403 США. Electric double layer capacitor having hydrophobic powdery activated charcoal / Aoki M., Inagawa M., Katsu K. (Япония). - № 903428; Заявл. 30.07.97; Опубл. 14.07.98.

40. Пат. 5.923.525 США. Конденсатор с двойным электрическим слоем/ Беляков А. И., Бринцев А. М., Горидов С. И., Ховяков И. Ф. (Российская Федерация). - №872706; Заявл. 11.06.97; Опубл. 13.07.99.

41. Пат. 5.959.830 США. Electric double layer capacitor/ Inagawa M., Aoki M., Katsu K. (Япония). - №903435; Заявл. 30.07.97; Опубл. 28.09.99.

42. Пат. 5.989.464 США. Process for producing vitreous carbon-active carbon composite material/ Saito K., Hagiwara A. (Япония). - №089431; Заявл. 03.06.98; Опубл. 23.11.99.

43. Пат. 6.005.765 США. Collector and electric double layer capacitor/ Maeda K., Kibi Y. (Япония). - №113496; Заявл. 10.07.98; Опубл. 21.12.99.

44. Пат. 6.168.694 США. Methods for and products of processing nanostructure nitride, carbonitride and oxycarbonitride electrode power materials by utilizing sol gel technology for supercapacitor applications/ Huang Y., Wei O., Chu C., Zheng H. (США). - №244815; Заявл. 04.02.99; Опубл. 02.01.2001.

45. Пат. 6.064.562 США. Electric double layer capacitor/ Okamura M. (Япония). - №135906; Заявл. 18.08.98; Опубл. 16.05.2000.

46. Атабеков, Г. И. Теоретические основы электротехники. Ч.1. Линейные электрические цепи / Г. И. Атабеков. - М. : Энергия, 1978. - 592 с.

47. Майрановский, С. Г. Влияние поля электрода на состояние и реакционную способность частиц в приэлектродном пространстве / С.Г. Майранов-ский, // Вольтамперометрия органических и неорганических соединений. -М., 1985. - С. 5 - 24.

48. Майрановский, С. Г. О влиянии поля электрода на константу диссоциации борной кислоты в приэлектродном слое / С.Г. Майрановский, А.П. Чури-лина // Электрохимия. - 1970. - Т. 6. - С. 1857 - 1860.

49. Кабанов, А. А. Влияние электрического поля на термическое разложение твердых веществ / А. А. Кабанов, Е. М. Зингель // Успехи химии.- 1975.Т. 44.- С. 1194 - 1216.

50. Тиман, Б. Л. Влияние внешнего электрического поля на химическую реакцию в газе / Б. Л. Тиман // Докл. АН СССР. - 1957. - Т. 112. - С. 894 -895.

51. Тиман, Б. Л. Равновесие химических реакций во внешнем электрическом поле / Б. Л. Тиман, // Журнал физической химиии. - 1957. - Т. 31. - С. 2143 - 2144.

52. Тиман, Б. Л. О возможности влияния неоднородного электрического и магнитного поля на химическую реакцию в газе / Б. Л. Тиман // Журнал физической химиии. - 1959. - Т. 33. - С. 1189 - 1190.

53. Thiebaut, J. M. Deplacement d'un equilibre chimique par un champ electrique / J. M. Thiebaut, J. Malecki, M. J. Barriol //C. r. Acad. Sci. C.- 1976.- V. 283.- P. 327 - 330.

54. Физическая химия. Кн 1. Строение вещества. Термодинамика / К. С. Краснов, [и др.] ; Под ред. К. С. Краснова - 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2001. - 512 с.

55. Wisseroth K. Chemical reactions kinetics in strong electric fields / K. Wisseroth // Chem. Ztg. - 1976. - Bd. 100. - S. 380 - 387.

56. Wisseroth, K.P. Hermann Braune. Thermodynamic equilibrium in strong electric fields and field chemistry consequences / K.P. Wisseroth // Journal de Physique. - 1977. - №38 (10), С. 1249-1255.

57. Despic, A. R. Non Faradaic electrocatalysis. 1. Acceleration of ester hydrolysis in the electrochemical double layer / A. R. Despic, D. M. Drazic, M. L. Mihai-lovich, L. L. Lorenc // J. Electroanal. Chem. - 1979. - V. 100. - P. 913 - 925.

58. Шевченко, А. О. Влияние электрополяризации углеродсодержащих веществ на процесс их активации воздухом / А. О. Шевченко, Г. К. Ивахнюк, Н. Ф. Федоров // ЖПХ. - 1993 . - Т. 66. - №6. - С. 1383 - 1384.

59. Шевченко, А. О. Влияние частоты электрического тока на кинетику активации древесного угля-сырца / А. О. Шевченко, Г. К. Ивахнюк, Н. Ф. Федоров // ЖПХ. - 1993. - Т. 66. - №6. - С. 1385 - 1386.

60. Кривенко, А. Г. Электрохимия / Кривенко А.Г. [и др.] //- 2003. - Т.39. -№10. - С. 1273 - 1277.

61. Lust, E., Nurk, G., Moller, P., Kivi, I., Kallip, S., Janes, A., Sammelselg, V., Mandar, H. Electrochemical impedance characteristics of some medium temperature semicells for SOFC. Proc. of the Internat. Symp. on Solid Oxide Fuel Cells, Paris, France, 1176-1185 (2003).

62. Зингель, Э.М. Механизм переноса тока в неводных растворах органических электролитов / Э.М. Зингель, Н.В. Тимофеева, И.А. Кедринский Литиевые источники тока: Материалы 6-й Международной конференции, Новочеркасск, 19 - 21 сент., 2000. Новочеркасск: Набла. 2000. - С. 3 - 4.

63. Стась, И. Е. Двойной слой и кинетика электрохимических процессов в высокочастотном электромагнитном поле / И. Е. Стась, В. А. Брамин // Двой-

ной слой и адсорбция на твердых электродах. 8: Тез. докл. Всес. симп. - Тарту, 1988. - С.356 - 358.

64. Лавров Б.А. Низкотемпературные реакции в гетерогенных системах под действием переменного электрического тока/ Б.А. Лавров, Ю.П. Удалов // Компьютерное моделирование при оптимизации технологических процессов электротермических производств: докл.НТК «Электротермия -2004». -СПб.: 2004. - С. 66 - 74.

65. Козлов, К.Б. Структура энергетических потоков в реакционном пространстве руднотермической печи : дис. канд. тех. наук. - СПб. - 2001. - 218 с.

66. Козлов, К. Б. Химические реакции в гетерогенных системах под действием переменного электрического тока / К. Б. Козлов, Б. А. Лавров, Ю. П. Удалов // Компьютерные методы и оптимизация технологических процессов электротермических производств. Докл. науч.-техн. совещания «Дуга - 200». - СПб, 2002. - С. 23 - 31.

67. Козлов, К.Б. Низкотемпературные реакции в гетерогенных системах под действием переменного электрического тока / К.Б. Козлов, Б.А. Лавров, Ю.П. Удалов // Электротермия-2004: Докл. науч.-техн. конференции. СПб. -2004. - С. 66-70

68. Потапов, Т.Р. Очистка жидких радиоактивных отходов в элетротермо-химическом реакторе/ Т.Р. Потапов [и др.] // Технология и оборудование руднотермических производств: тр. Всеросс. НТК с междунар. участием «Электротермия-2008». - СПб.: изд. «ВНИИЖ» РАСН, 2008. - С. 284-296.

69. Гонтар, И.А. Применение гетерогенных электрохимических систем для очистки сточных вод, содержащих органические комплексообразователи и радионуклиды / И.А. Гонтар, К.Б. Козлов, Б.А. Лавров // Вода: химия и экология. — 2012. — № 6. — с. 29-36.

70. Белозеров, А.А. Зависимость удельной электрической проводимости гетерогенных систем от физических свойств составляющих фаз и давления // Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук- СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2010.

71. Левашова А. И. Химическая технология углеродных материалов: учебное пособие / А. И. Левашова, А. В. Кравцов. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. — 112 с.

72. Кузьмичева Г.М. Теория плотнейших шаровых упаковок и плотных шаровых кладок / Г.М. Кузьмичева. - М.: МИТХТ. 2000. - 36

73. Графов, Б.М. Электрохимические цепи переменного тока/ Б.М. Графов, Е.А. Укше // М., "Наука", 1973, 128 с.

74. Бунге, Н. А. Электролиз водных растворов щавелевой кислоты. / Н. А. Бунге // Журнал Русского физ.-хим. об-ва. - 1876. - т. 8, вып. 2. - С. 44-57

75. Органическая электрохимия: В двух книгах: Кн. 1/Под ред. М. Бейзера и X. Лунда. — Пер. с англ. / Под ред. В. А. Петросяна и Л. Г. Феоктистова. — М.; Химия, 1988. 469 с

76. Турьян Я. И. Окислительно-восстановительные реакции и потенциалы в аналитической химии. — М.: Химия, 1989.— 248 с.

77. Пат. 2330339 Российская Федерация. МПК G21F 9/04. Способ очистки воды и водных растворов от органических примесей, содержащих металлы и радионуклиды/ К. Б. Козлов, Б. А. Лавров, Ю. П. Удалов, В. А. Доильницын; заявитель и патентообладатель СПбГТИ(ТУ). - №2006140918/06; заявл. 20.11.2006; опубл. 27.07.2008, Бюл.№21. - 3 с.