Search academic texts

Information × Registration Number 0824U002060, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 29-07-2024 popup.evolution o Title Wastewater treatment from heavy metals by sorbents based on natural minerals Author Roman M. Konanets, popup.head Andrii D. Kuzyk popup.head Kateryna V. Stepova popup.opponent Artem V. Pavlychenko popup.opponent Liubomyr I. Cheliadyn popup.opponent Myroslav S. Malovanyi popup.review Taras I. Shuplat Description Дисертаційна робота присвячена вивченню методу очищення стічних вод від іонів важких металів, а саме Cu2+ та Pb2+, природними та модифікованими сорбційними матеріалами на основі цеоліту – клиноптилоліту, та глинистого мінералу – глауконіту. Об’єктом дослідження є забруднення природних вод важкими металами внаслідок гірничодобувної діяльності та бойових дій. Внаслідок огляду останніх досліджень впливу відвалів вугільних шахт на навколишнє середовище було встановлено, що вміст потенційно токсичних елементів, зокрема важких металів, у ґрунтах прилеглих територій та у підтериконових водах є достатнім для створення тривалої загрози. Наразі не існує системного підходу до вирішення проблеми поводження з відвалами шахт, окрім рекультивації. З початком повномасштабного вторгнення у 2022 році на великій частині території України виникли ділянки, забруднені відходами бойових дій, які містять окрім іншого іони таких важких металів як Cu2+ та Pb2+. Таке забруднення зберігається протягом десятиліть і створює загрозу для існування екосистем та здоров’я людей. З огляду на це, було прийняте рішення розширити сферу досліджень. Технології зменшення забруднення важкими металами можна розділити на дві групи: відкачування з подальшим очищенням підземних вод ex situ, та спорудження проникного адсорбційного бар'єру (ПАБ) для реабілітації in situ. Серед технологій ex situ важливе місце займають методи адсорбційного вилучення важких металів. Як поглиначі використовують різноманітні матеріали з розвиненою поверхнею, зокрема цеоліти та глинисті мінерали. Найбільш популярним серед природних цеолітів є клиноптилоліт. Однак ці матеріали вимагають додаткової обробки для покращення їх сорбційних властивостей. Збільшення сорбційної здатності природних мінералів також дасть змогу застосовувати їх у технологіях in situ в якості адсорбційних бар’єрів для усунення конкретних екологічних проблем або адаптації до більш складних умов у підземних водах. В якості сорбційних матеріалів підчас експериментальних досліджень використовували природний клиноптилоліт (рН водної витяжки - 7,75; насипна густина - 947 кг/м3) та глауконіт (рН водної витяжки - 8,6; насипна густина - 1049,85 кг/м3). Для покращення адсорбційних властивостей природні зразки попередньо обробляли: прожарюванням при 550°С протягом 3 годин або обробкою мікрохвилями протягом 10 хвилин потужністю 790 Вт. Для дослідження структури та складу експериментальних зразків сорбційних матеріалів застосовували методи рентгенофлуоресцентного, рентгенофазового аналізів, електронної мікроскопії. Концентрацію іонів Cu2+ та Pb2+ визначали методом прямої потенціометрії. Для опису адсорбції у статичних умовах було обрано чотири двопараметричні (Ленгмюра, Фрейндліха, Темкіна, Дубиніна-Радушкевича) та п’ять трипараметричних (Ленгмюра-Фрейндліха, Редліха-Петерсона, Тоса, Арановича, Хілла) ізотермічних моделей. Нелінійне моделювання було виконано за допомогою програмного продукту GraphPad Prism 9.0. Кінетику сорбції аналізували за допомогою чотирьох відомих моделей: моделі Бойда, Морріса-Вебера, моделей псевдопершого та псевдодругого порядку. Для дослідження ефективності сорбції важких металів клиноптилолітом у динамічних умовах був створений експериментальний стенд з чотирма адсорбційними колонками та встановлений у лабораторії екологічної безпеки Львівського державного університету безпеки життєдіяльності. Результати рентгенофлуоресцентного аналізу показали, що сорбційна ємність зразків глауконіту щодо іонів Cu2+ перевищує сорбційну ємність клиноптилолітових зразків. Результати вимірювання площі питомої поверхні за методом Брунауера-Еммета-Теллера показали, що глауконіт володіє суттєво більшою питомою поверхнею, аніж клиноптилоліт. Дослідження адсорбції іонів Cu2+ у статичних умовах показали, що термічна та мікрохвильова обробка значно збільшує адсорбційну здатність клиноптилоліту по відношенню до іонів Cu2+ та неістотно збільшує адсорбційну здатність глауконіту. Значення максимальної адсорбційної здатності, визначені за моделлю Ленгмюра, становлять 1,272, 31,051 та 9,047 мг/г для природного, прожареного та мікрохвильового клиноптилоліту відповідно. Натомість значення для природного, прожареного та опроміненого в мікрохвильовій печі глауконіту становлять 5,369, 5,77 та 7,367 мг/г відповідно. Отже, адсорбційна здатність природного клиноптилоліту нижча, ніж природного глауконіту, але попередня обробка значно її підвищує. Моделювання експериментальних результатів поглинання іонів Pb2+ в рамках теоретичних моделей ізотерм адсорбції показало, що найвищі адсорбційні ємності притаманні НВЧ-опроміненому глауконіту та термічно обробленому клиноптилоліту. Дослідження кінетики адсорбції показали, що оброблені в мікрохвильовій печі зразки швидше взаємодіють з забрудником. На оброблених зразках відбувається більша поверхнева адсорбція, ніж на природних, однак з часом вплив внутрішньої дифузії на процес адсорбції зростатиме. Registration Date 2024-05-31 popup.nrat_date 2024-07-12 Close