авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Снижение воздействия технологических вод горнодобывающих предприятий на природную среду

-- [ Страница 2 ] --
Вид уравнения шунгит КАД-йодный АГ-3 БАУ
Генри t=5°С Г = 4,03·С Г = 4,42·С Г = 4,95·С
t=22°С Г = 2,66·С Г = 3,44·С
Фрейдлиха (в области средних значений концентраций) t=5°С Г = 3,34·С 0,93 Г = 5,06·С 0,80 Г = 5,80·С 0,90 Г = 6,80·С 0,73
t=22°С Г = 0,84·С 1,39 Г = 3,40·С 0,88 Г = 4,51·С 0,90 Г = 6,30·С 0,72
Фрейдлиха (на всем интервале значений концентраций) t=5°С Г = 3,38·С 0,93 - Г = 4,91·С 0,97 Г = 4,46·С 0,90
t=22°С Г = 0,50·С 1,58 - Г = 3,78·С 0,98 Г = 3,26·С 1,01
Ленгмюра t=5°С
t=22°С -
Gадс*, кДж/моль t=5°С - -18,77 -19,18 -19,70 -19,39 -20,02 -19,65 -20,39
t=22°С - -16,51 -19,33 -19,93 -19,96 -20,63 - -20,44
Надс*, кДж/моль t=5-22°С - -55,33 -16,6 -15,98 -10,06 -10,06 - -3,09

* – в числителе приведены значения, рассчитанные при использовании константы равновесия в уравнении Генри, в знаменателе – Фрейндлиха (в области средних значений концентраций)

следовательности: БАУ > АГ-3 > КАД-йодный > шунгит. Термодинамическую вероятность адсорбции керосина на антраците, граносите А, ЖМК не рассчитывали ввиду незначительной сорбционной способности по сравнению с активированными углями и шунгитом.

2) Температурная зависимость процесса адсорбции при использовании различных сорбентов по значению энтальпии адсорбции выглядит следующим образом (в порядке убывания влияния температуры на процесс): шунгит > КАД-йодный > АГ-3 > БАУ.

При проведении эксперимента в динамическом режиме исследовались следующие сорбенты (табл. 2).

Таблица 2

Параметры адсорбентов

Сорбент Граносит А антрацит шунгит ЖМК КАД-йодный АГ-3 БАУ-А БАУ-рег
Масса, г 19,7 18,5 23,6 15,2 7,9 8,2 6,0 5,1
Высота слоя, см 27,7 26,8 25,7 31,4 23,5 19,0 32,5 30,2
Объем сорбента, см3 21,8 21,0 20,2 24,7 18,5 14,9 25,6 23,7
Насыпная плотность, г/дм3 906 879 1170 616 428 551 236 215
Плотность твердой фазы, г/дм3 1635 1662 2045 1677 906 1225 862 854
Порозность 0,45 0,47 0,43 0,63 0,53 0,55 0,73 0,75

Скорость пропускания элюента через колонки: для углей – 2 мл/мин (1,52 м/ч), для других сорбентов – 1,5 мл/мин (1,14 м/ч).

Определена динамическая объемная емкость (ДОЕ) до проскока 0,05 мг/л (ПДК для рыбохозяйственных водоемов) и полная динамическая объемная емкость (ПДОЕ). Результаты определения емкости сорбентов представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты эксперимента

Сорбент граносит антроцит шунгит ЖМК КАД-йодный АГ-3 БАУ БАУ-рег
ДОЕ до проскока, мг/г 5,3 4,9 11,7 3,3 156,6 382,0 237,0 234,0
ПДОЕ, мг/г 6,9 6,4 49,5 8,0 178,6 428,0 279,0 271,0

Для обработки выходных кривых в динамическом режиме использовалось уравнение Шилова (3) в качестве базисного, что объясняется отсутствием надежных методик и теоретических предпосылок для определения коэффициентов диффузии сорбируемых компонентов нефти.

пр = kL – 0. (3)

где пр – время до проскока, ч, L – высота слоя адсорбента, м, k– коэффициент защитного действия слоя адсорбента, ч/м, 0 – потеря времени защитного действия, ч.

Для определения постоянных уравнения Шилова изучена зависимость времени защитного действия (проскока) от высоты слоя адсорбента. Высота колонки изменялась от 11,2 до 32,5 см при постоянном диаметре (10 мм). Для каждого адсорбента были проведены 3-4 эксперимента при различной высоте слоя. Согласно полученным результатам, наблюдается закономерное увеличение времени защитного действия слоя адсорбента с увеличением его высоты при постоянной скорости фильтрации элюента. В соответствии с вышесказанным были получены опытные зависимости пр =f(L). При анализе выходных кривых проскоковая концентрация в потоке принималась равной 0,05 мг/л (ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения). Построение выходных кривых адсорбции в координатах пр =f(L) позволило определить экспериментальные константы уравнения Шилова (табл. 4). Полученные опытные значения коэффициентов защитного действия Кр были сопоставлены с расчетными (табл. 4).

Таблица 4

Определение постоянных уравнения Шилова

Сорбент граносит антроцит шунгит ЖМК КАД-йодный АГ-3 БАУ БАУ-рег
0 (опыт), ч 1,1 4,6 7,7 2,5 18,5 148 69,1 74,6
Кр (опыт), ч/м 88,0 89,8 1532,1 67,7 1060,5 3603,9 965,6 951,5
Кр (расчет), ч/м 85,0 76,1 1342,8 37,0 1182,2 3732,1 978,1 886,0
Отн. ошибка, % 3,4 15,2 12,3 45,3 11,4 3,6 1,3 6,9

Определение коэффициентов защитного действия двумя различными методами привело к близким результатам, что свидетельствует о достаточной надежности полученных экспериментальных данных. Таким образом, можно рассчитать время работы промышленного адсорбера при условии соблюдения критерия (отношения Н/d 10-15) подобия и линейной скорости фильтрации.

Использование шунгита в качестве адсорбента для очистки воды от нефтепродуктов может быть перспективно, несмотря на более низкую сорбционную способность, т.к. соотношение цена – сорбционная способность для них могут быть сопоставимы. Шунгит является дешевым природным материалом, не требующим специальной подготовки перед сорбцией. Стоимость 1 кг шунгита составляет около 20 рублей, в то время как цена 1 кг активированного угля составляет от 90 до 150 рублей. Таким образом, стоимость активированных углей по сравнению с шунгитом выше в 4,5-7,5 раз, а сорбционная способность – в 3,8-7,5 раз. В качестве фильтрующего материала целесообразно использовать мелкую фракцию конкреций с размером гранул 1-3 мм.

  1. Вредное воздействие лития на компоненты природной среды снижается его соосаждением на свежеобразованном гидроксиде алюминия, расход которого обратно пропорционален начальной концентрации лития в растворе при его содержании не более 50 мг/л.

Для извлечения лития возможно применение сорбции, электрокоагуляции и экстракции. Наиболее перспективным для промышленной реализации представляется метод хемосорбции на сорбционно активном гидроксиде алюминия. В нейтральных и слабокислых хлоридных растворах образование анион-гидроксоалюмината лития осуществляется по схеме:

2 LiCl + 5 Al(OH)3 + x H2O = 2LiCl*5Al(OH)3*xH2O

В данной работе была изучена возможность извлечения лития из водных растворов при относительно низких его концентрациях (до 1 мг/л) посредством хемосорбции на активном гидроксиде алюминия, получаемого нейтрализацией хлорида алюминия AlCl3 трехкальциевым гидроалюмиинатом 3CaO*Al2O3*6H2O (ТГКА):

3CaO*Al2O3*6H2O + 2 AlCl3 = 4 Al(OH)3 + 3 CaCl2

Определяющими факторами для применения хемосорбции лития являются доступность исходного сырья (соли алюминия) и простота технологического процесса.

Для всей серии опытов была приготовлена серия модельных растворов с постоянным солевым фоном (8,39 г/л NaCl, 1,67 г/л СаCl2, 0,40 г/л MgCl2) и следующими значениями концентраций лития: 1 мг/л, 5 мг/л, 10 мг/л, 15 мг/л, 20 мг/л.

В очищенный от магния модельный раствор объемом 1 л с известной концентрацией лития при перемешивании вводилось расчетное количество хлорида алюминия с концентрацией 190,7 г/л для обеспечения мольного отношения Al2O3/Li2O от 4 до 15; смесь разогревалась до температуры 50оС, и вводился реагент-нейтрализатор (ТГКА). Значение рН = 8,0-8,5 контролировалось при помощи универсального рН-метра рН-150. После выдержки при интенсивной агитации в течение 1,5-2 часов суспензия фильтровалась, и фильтрат анализировался на остаточное содержание лития. Степень извлечения лития определялась по разности исходной и равновесной его концентрации в растворе.

Полученные зависимости степени извлечения лития от мольного отношения Al2O3/Li2O (расхода гидроксида алюминия) при различных его начальных концентрациях показаны на рис. 2.

 Зависимость степени извлечения лития из раствора W, % от расхода гидроксида-11

Рисунок 2. Зависимость степени извлечения лития из раствора W, %

от расхода гидроксида алюминия

для различных начальных концентраций С0

На основании полученных и литературных данных установлена зависимость требуемого расхода Al(OH)3 от начальной концентрации лития в растворе (рис. 3).

 Зависимость необходимого мольного отношения Al2O3/Li2O для извлечения 80 и 90%-12

Рисунок 3. Зависимость необходимого мольного отношения Al2O3/Li2O для извлечения 80 и 90% лития из раствора

от исходной его концентрации С0

Рассчитана сорбционная способность гидроксида алюминия и построена изотерма адсорбции (рис. 4).

 Изотерма адсорбции лития на гидроксиде алюминия Построена изотерма-13

Рисунок 4. Изотерма адсорбции лития на гидроксиде алюминия

Построена изотерма адсорбции в координатах lgc – lgГ и 1/c – 1/Г и определен вид уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра соответственно.

Уравнение Фрейндлиха имеет вид , а уравнение Ленгмюра – .

Результаты эксперимента позволяют определить условия, способствующие наиболее полному выделению металла из нефтяной воды. Так, согласно результатам эксперимента, наблюдается закономерное увеличение расхода Al(OH)3 при уменьшении начальной концентрации лития в растворе для достижения технологически оправданной степени извлечения.

После выделения и сгущения литийсодержащий концентрат нацело разлагается по реакции при 70С в течение 30 минут: 2[2LiCl*5Al(OH)3*xH2O] + 15 Са(OH)2 = 5[3CaO*Al2O3*6H2O] + 4 LiCl + z H2O. Образовавшийся после разложения ТКГА возвращается на стадию хемосорбции, а из фильтрата после очистки от кальция и алюминия и упаривания до концентрации лития 14 г/л осаждают карбонат лития, являющийся товарным продуктом.

Оценка величины предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды произведена на основе региональных показателей удельного ущерба, представляющих собой удельные стоимостные оценки ущерба на единицу (1 условную тонну) приведенной массы загрязняющих веществ (4):

(4)

Результатом проявления технической или экологической опасности технологических вод выступает эколого-экономический ущерб, наносимый поверхностным и подземным водам.

Расчет производится с учетом региона, относительной опасности загрязняющего вещества и массы сброса вещества. Уловленная (извлеченная) масса загрязняющих веществ для расчета предотвращенного ущерба определяется долей пластовых вод, поступающих в окружающую среду в результате аварий нефтепроводов и трубопроводов пластовой воды, и степенью извлечения поллютанта.

Проведенные расчеты показали, что предотвращенный ущерб вследствие сокращения негативной нагрузки на поверхностные и подземные воды в зоне воздействия Западно-Тэбукского нефтяного месторождения равен 692 тыс. руб/год.

Суммарный экономический эффект в результате внедрения мероприятия по извлечению 90 % лития из технологических вод на предприятии составит 13,48 млн.руб/год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа представляет собой законченную научно-исследовательскую квалификационную работу, в которой решена актуальная научная и практическая задача разработки технологических решений защиты окружающей среды от воздействия токсичных компонентов пластовых вод месторождений минерально-сырьевого комплекса.

На основе детального исследования составов технологических вод горнодобывающих предприятий установлена их токсичность, а также закономерности рассеяния загрязняющих компонентов в районе воздействия. Разработана технологическая схема, и уточнены оптимальные параметры извлечения ценных компонентов на примере соединений лития при относительно низком его содержании. Для очистки вод от органических загрязнителей рекомендованы различные сорбенты.

Основные научные и практические выводы:

    1. В результате анализа ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки, выявлены техногенные ореолы, характеризующиеся экспоненциальными зависимостями концентраций поллютантов, образующиеся в результате миграции токсичных компонентов.
    2. При мониторинге поверхностных и подземных вод на горнодобывающих предприятиях необходимо кроме основного состава и содержания нефтепродуктов контролировать литий, бром, бор, и стронций.
    3. Установлена линейная функциональная зависимость концентраций токсичных элементов от общей минерализации исследуемой системы для групп месторождений, ограниченных тектоническими дизъюнктивными элементами первого и второго порядков.
    4. При мониторинге поверхностных и подземных вод для сокращения количеств отборов проб возможно использование общей минерализации раствора в качестве маркерного показателя для прогнозирования содержания токсичных неорганических компонентов.
    5. Адсорбция керосина по значению энергии Гиббса термодинамически наиболее вероятна на сорбентах в последовательности: БАУ > АГ-3 > КАД-йодный > шунгит. Температурная зависимость процесса при использовании различных сорбентов по значению энтальпии адсорбции выглядит следующим образом (в порядке убывания влияния температуры на процесс): шунгит > КАД-йодный > АГ-3 > БАУ. Использование шунгита в качестве сорбента для очистки воды от нефтепродуктов может быть перспективно, несмотря на более низкую сорбционную способность, поскольку он является дешевым природным материалом, не требующим специальной подготовки перед сорбцией.
    6. Определены условия, способствующие наиболее полному выделению лития из воды. Наблюдается закономерное увеличение расхода Al(OH)3 при уменьшении начальной концентрации лития в растворе. Для извлечения 90% лития при начальной концентрации лития в растворе 20 мг/л необходимо подавать 6 моль Al2O3 на 1 моль Li2O, при 10 мг/л – 7, при 1 мг/л – более 12.
    7. Предотвращенный экологический ущерб при внедрении мероприятия по извлечению 90% лития составит 692 тыс.руб/год, суммарный экономический эффект – 13,48 млн.руб/год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В 11 РАБОТАХ, в том числе:



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.