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 ||

Оценка состояния и защита природной среды на основе рациональной технологии переработки избыточного активного ила узла биологической очистки предприятий тэк

-- [ Страница 2 ] --
  1. Снижение экологической опасности избыточных активных илов должно обеспечиваться внедрением рациональной технологии утилизации, основанной на кислотном разложении органической матрицы с последующим извлечением катионов металлов

На сегодняшний день разработано множество способов утилизации отходов данного генезиса. Все способы можно разделить на термические, химические, физико-химические, биологические.

Термические методы представлены, в основном пиролизом. Минус технологии заключается в потере ценных компонентов – катионов металлов, содержащихся в илах, а также увеличивается нагрузка на атмосферный воздух за счет продуктов сгорания. При внедрении данной технологии необходимо увеличивать степень обезвоживания илов.

Химические методы обезвреживания избыточных илов отходов заключаются в добавлении к нейтрализуемой массе химических реагентов. В зависимости oт типа химической pеaкции происходит осаждение, окисление-восстановление, замещение, комплексообразование. В рассматриваемом случае химические методы не решают проблему извлечения ценных компонентов, а способствуют образованию более сложных токсичных соединений.

Применяемые в настоящее время физико-химические методы образуют наиболее представительную группу и заключаются в создании физических полей в пористых средах. Данные методы являются наиболее затратными. При утилизации отходов биологической очистки внедрение физико-химических методов невозможно в связи с несоответствием физико-химических характеристик илов технологическим требованиям.

Биологические методы или биодеструкция являются чувствительными к составу разлагаемых отходов и к условиям окружающей среды что затрудняет их применение для обезвреживания илов.

Анализ перечисленных методов выявил, что для решения проблемы обезвреживания избыточных илов необходимо разработать технологию, которая будет являться комбинацией нескольких методов, что существенно повысит эффективность извлечения ценных компонентов.

Полученные результаты показали, что в осадках содержатся катионы в количестве (табл. 2).

Таблица 2.

Содержание основных загрязняющих элементов в избыточных активных илах

Элемент Концентрация, г/л
Марганец 26,0
Никель 18,0
Медь 16,0
Свинец 5,8
Железо 4,0

Для извлечения металлов с минимальными потерями необходимо разложение органических цепочек путем подкисления осадков.

Первая стадия технологии обезвреживания отходов заключается в растворении катионов. Эксперименты показали, что данный процесс протекает при рН= 2 – 3, что обуславливает выбор кислот для осуществления первой стадии технологии (табл.3).

Таблица 3

Выбор кислоты для осуществления первой стадии технологии утилизации

Кислота Время протекания процесса на 50 г осадка Дополнительные условия Полнота растворения осадка
HCl 5м 10 мин Нагревание на 200 99%
HCl 1м 12 мин Нагревание на 200 99%
HNO3 5м 17 мин Нагревание на 300, добавление пероксида водорода 90%
HNO3 1м 25 мин Нагревание на 300, добавление пероксида водорода 90%
H2SO4 5м 17 мин Нагревание на 500 80%

При растворении катионов металлов из осадка происходит разрушение органических соединений, с образованием газообразных веществ.

При использовании органических кислот возможно образование токсичных газов, что значительно ухудшило экологические и экономические показатели разрабатываемой технологии.

Результаты исследований показали, что соляная кислота является оптимальным подкислителем. Поскольку содержание твердого вещества сравнительно не высоко не требуется применение концентрированной соляной кислоты, достаточной будет концентрация 1 – нормальная.

При окислении избыточного активного ила катионы металлов (марганец, железо, свинец, никель и медь) переходят в хлоридную форму, органические соединения разрушаются до углекислого газа. Для ускорения процесса необходимо повысить температуру до 700, при таких условиях реакция протекает по схеме:

MeR2 + 2HClMeCl2+2HR

Ме – катионы металлов, найденных в осадках (Ni, Cu, Fe)

R – органическая часть молекулы, в состав которой входит металл.

Образование хлорида свинца будет происходить по схеме:

Pb2- + 2Cl-PbCl2 -

По завершении процесса в делительной воронке образуется гетерофазная система. Жидкая фаза, содержит раствор хлоридов марганца, двухвалентного железа, никеля и меди. Твердая фаза представлена осадком хлорида свинца (PbCl2), в виде кристаллов белого цвета. Разделение фаз производится фильтрованием.

На второй стадии хлориды металлов (марганца, железа двухвалентного, никеля и меди) переводятся в гидроксидную форму путем добавления гидроксида натрия. Количество гидроксида натрия должно обеспечить повышение рН до 6,5-7,5 ед. В результате получается осадок сероватого оттенка, содержащий гидроксиды марганца, железа, меди, никеля, кобальта, который переходит на следующую ступень.

MeCl2+NaOH Me(OH)2+NaCl2

Разделение жидкой и твердой фазы на данном этапе производится центрифугированием и/или прессованием. С целью снижения временных затрат на разделение смеси гидроксидов должно производится обезвоживание

Жидкая фаза после разделения представляет собой водный раствор с массовой долей примесей не более 2-3%. Данный раствор может использоваться в замкнутой системе водооборота предприятия или на стадии растворения хлорида свинца.

На третьей стадии осадок окисляется нагретой до 40-500С азотной кислотой и гидроксидом аммония с целью разделения смеси. При повышении температуры выше 550, равновесие реакции может сместиться в сторону обратной.

Образующаяся двухфазная система, содержит раствор катионов Fe2+ и Mn3+ и осадок, содержащий связанные катионы Cu2+ и Ni2+. Осадок связанных катионов меди и никеля представлен крупными кристаллами, поэтому максимальная степень разделения фаз достигается фильтрованием.

На четвертой стадии осуществляется экстракция катионов металлов из жидкой и твердой фазы. Проведенный анализ существующих экстрагентов показал, что оптимальны к применению нафтеновые или высшие жирные кислоты.

  1. Снижение негативного воздействия избыточных активных илов на компоненты природной среды должно производиться в соответствии со следующей аппаратной схемой: реакторные блоки осадительные блоки ленточный пресс центрифуга экстрактор перекрестного действия.

Преимущества предлагаемой технологии с точки зрения обезвреживания высоковлажных отходов обусловливаются возможностью не только утилизации илов, но и извлечение ценных компонентов с целью получения экономической выгоды.

На основании проведенных экспериментов и анализа данных об отходах, аналогичным по составу поступающим, выполнен расчет нормативов образования отходов. В результате расчета установлено, что максимальное годовое количество отходов, планируемое для ликвидации, составляет 245 т/год.

При внедрении предлагаемой технологии предусматриваются мероприятия, исключающие возможность загрязнения и нарушения поверхностных и подземных вод:

  • организация системы оборотного водоснабжения, что позволяет сократить расход свежей воды и исключает сброс производственных стоков,
  • использование оборотной воды на нужды теплоснабжения установки (съем избытка тепла), что позволяет существенно сократить объем водопотребления,
  • организация отвода поверхностного стока с территории установки с его дальнейшей очисткой на очистных сооружениях завода,

Для осуществления первой стадии процесса требуется реакционный блок с подогревом и вертикальной мешалкой. Поскольку реакция среды – кислая, то необходимо учесть антикоррозионное покрытие на блоке. На входе из блока устанавливается стеклянный фильтр для отделения осадка хлорида свинца (стеклянный фильтр отличается наименьшей пористостью и повышенной химустойчивостью).

Вторая стадия осуществляется в емкости с коническим дном и отводом водного раствора на циркуляцию в технологическую цепочку. Поскольку на этой стадии происходит осаждение хлоридов марганца, железа, меди и никеля гидроксидом натрия также необходимо дополнительное футировочное покрытие.

На третью стадию смесь попадает проходя ленточный пресс и центрифугирование для избавления от лишней жидкости. Третья стадия осуществляется в емкости с коническим дном и отводом раствора катионов. Происходит подкисление смеси гидроксидов, а затем разделение смеси раствора катионов Mn2+ и Fe2+ и осадка с катионами Cu2+ и Ni2+. Катионы марганца и железа разделяются на экстракторе перекрестного действия.

Список необходимого вспомогательного и основного оборудования:

  1. сборник вертикальный с мешалкой – 1 шт (объём - 140 м, материал корпуса – стеклопластик футированный изнутри полиэтиленом высокого давления);
  2. емкость с подогревом и мешалкой – 2 шт (внутренний объём ёмкости- 8,9 м, основной материал- сталь антикоррозионная);
  3. комбинированный ЭСОК-РС-3.5-2.7 – 1 шт (производительность по сумме фаз О:В=1:1 - 17 м3/час, площадь расслаивания - 3.5 м2, рабочий объем - 10 м3, основной материал - полипропилен, PVDF, сталь нержавеющая).

Определение капитальных затрат на установку нового оборудования осуществляется по формуле:

(1)

где Зоборуд – стоимость оборудования, 780 тыс. руб.;

– затраты на строительно-монтажные работы, 407 тыс. руб;

- прочие затраты 90 тыс. руб.

Величину амортизационных отчислений на полное восстановление определяем по балансовой стоимости оборудования и нормам амортизационных отчислений по формуле

(2)

где а – норма амортизационных отчислений в %, определяется в зависимости от нормативного срока службы оборудования.

К – балансовая стоимость техники, руб.

тыс. руб/год

Учитывая амортизационные и текущие расходы, затраты на эксплуатацию установки составят – 2,7 млн. руб/год

Оценка величины предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды осуществляется по формуле:

(3)

 - эколого-экономическая оценка величины предотвращенного ущерба водным ресурсам в рассматриваемом r-том регионе, тыс. руб./год;

 - показатель удельного ущерба (цены загрязнения) водным ресурсам, наносимого единицей (условная тонна) приведенной массы загрязняющих веществ на конец расчетного периода для j-го водного объекта в рассматриваемом r-том регионе, руб./усл. тонну, 9470,2 р/усл.т.

 - приведенная масса загрязняющих веществ, снимаемых (ликвидируемых) в результате природоохранной деятельности и осуществления соответствующих водоохранных мероприятий в r-том регионе в течение расчетного периода, 308 тыс.уcл.тонн/год.

 - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов по бассейнам основных рек, 1,8.

По предварительным расчетам на установку поступает 40,5 кг/ч сырья, рабочая смена 20 часов, следовательно за сутки будет переработано 810 кг ила, значит за год – 245 тонн. Отсюда экономический эффект от внедрения мероприятия составит:

Таким образом суммарный предотвращенный ущерб, наносимый компонентам природной среды, от внедрения установки утилизации составит более 5,3 млн.руб/год, а прибыль от реализации составит 14,1 млн. руб/год.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи снижения негативного воздействия отходов водоочистных сооружений на природную среду и здоровье человека путем физико-химического разложения органоминеральной матрицы с последующим экстрагированием элементов, извлечение которых является экономически целесообразным.

Основные научные и практические выводы:

1. На основе многолетних натурных наблюдений за состоянием природной среды в Киришском районе Ленинградской области установлены закономерности формирования техногенных ореолов и потоков в зонах воздействия иловых карт, определяющиеся экспоненциальным распределением концентраций загрязняющих компонентов.

2. Исследованиями физико-химического состава и физико-механических свойств отходов, проведена оценка трансформации техногенных отложений, заключающаяся в определении химического состава илов, а также характера трансформации в зависимости от срока хранения

3. Обосновано применение метода физико-химического разложения органоминеральной матрицы отходов, заскладированных в иловых картах, заключающегося в необходимости извлечения катионов металлов.

4. Разработана рациональная технология обезвреживания отходов производства, илов и основанная на разложении органоминеральной матрицы с извлечением катионов, дальнейшем их разделении путем осаждения и экстракции.

5. Эколого-экономическими расчетами определен эффект применения установки физико-химического разложения органо-минеральной матрицы отходов на основе определения суммарной величины снижения экологических платежей, предотвращенных ущербов от воздействия на компоненты природной среды и получения прибыли от производимой продукции, составляющий более 14 млн.руб./год

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  • в изданиях рекомендованных Перечнем ВАК Минобрнауки России
  1. Моисеева К.А. Оценка воздействия хранилищ нефтесодержащих отходов ООО «КИНЕФ» на водные объекты// Труды XII Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 100-летию первого выпуска горных инженеров в Сибири и 90-летию создания Сибгеолкома в России, Томск, 2008, стр. 180-182
  2. Моисеева К.А. Разработка рациональной технологии обезвреживания био- и нефтешламов предприятия ООО «КИНЕФ» путем извлечения ценных компонентов// Записки Горного института, том 186, Санкт-Петербург, 2010, стр. 68-71
  3. Моисеева К.А. Подходы к определению класса опасности отработанных илов узла биологической очистки вод предприятия нефтеперерабатывающей отрасли//Записки Горного института, том 190, Санкт-Петербург, 2011, стр. 135 – 142
  4. Моисеева К.А. Влияния влагосодержания сброженных илов узла биологической очистки предприятия топливно-энергетического комплекса на степень извлечения ценных компонентов//Записки Горного института, том 191 Санкт-Петербург, 2011, стр. 108 – 114
    • в прочих изданиях:
  1. Моисеева К.А. Оценка воздействия хранилищ нефтесодержащих отходов ООО «КИНЕФ» на водные объекты// Труды XII Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 100-летию первого выпуска горных инженеров в Сибири и 90-летию создания Сибгеолкома в России, Томск, 2008, стр. 180-182
  2. Моисеева К.А. Способы снижения негативного воздействия техногенных массивов на компоненты природной среды на примере ООО «КИНЕФ»/ М.В. Гвоздецкая, К.А. Моисеева, И.Р. Левчук // Труды XIII Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, Томск, 2009, стр. 216 – 217


Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.