Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих предприятий

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих предприятий"

Ргв оя

1 . На правах рукописи

Апр щ

СОКОЛОВ Леонид Иванович

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В СИСТЕМАХ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 11.00.11- «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Архангельск -1998 год

Работа выполнена в Вологодском политехническом институте

Научный консультант: доктор химических наук,

профессор Боголицын ЮГ.

А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Журба М.Г., доктор технических наук, профессор Вдовин Ю.И., доктор технических наук, профессор Шичков А.Н.

Ведущая организация - АО «Вологдаинжпроект»

Защита состоится 13 мая 1998 г. в 10 час. на заседании диссертационного Совета 064.60.01 в Архангельском государственном техническом университете (наб. Сев. Двины, 17, главный корпус, ауд.228)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ.

Автореферат разослан; 199 О г.

Ученый секретар] Совета, дс.-х.н..

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Современное металлообрабатывающее производство характеризуется большим водопотреблением, значительным количеством неутилизи-руемых отходов и высокими удельными сбросами загрязнений в виде сточных вод, что создает для отрасли серьезную проблему не только в связи с ужесточением требований природоохранных органов к промышленным предприятиям, но и в связи с резко возрастающими размерами платы за сбросы и размещение отходов на свалках и полигонах. В связи с этим необходима разработка новых концептуальных решений по созданию ресурсосберегающих технологий в отрасли на основе классификации водопотоков и глубокого анализа существующих методов очистки стоков и обезвреживания отходов. Так как при повторном использовании отработанных вод нет необходимости в их глубокой очистке, а достаточно удалить только те вещества, которые окажут отрицательное влияние на качество выпускаемой продукции, и установить значения их ПДК в используемой воде. Предпочтение следует отдавать решению вопросов повторного использования очищенных сточных вод. Например, сохранение в очищаемых эмульсионных сточных водах щелочных компонентов и их повторное использование позволит сократить расход товарного сырья как при нейтрализации обезвреживаемых вод, так и в процессе приготовления новых порций смазочно-охлаждающих жидкостей.

Отходы очистки сточных вод металлообрабатывающих производств в настоящее время вывозятся на свалки, полигоны или сжигаются без утилизации продуктов горения, интенсивно загрязняя почву, воздух и водоисточники. Повышение эффективности использования производственных отходов, извлечения из них ценного сырья сдерживается отсутствием достаточно рациональных способов их подготовки, переработки и транспортирования в пределах как отдельных предприятий, так и целых комплексов. Для организации ресурсосберегающих технологий исключительное значение имеет кооперирование предприятий металлообработки и производства стройматериалов, когда отходы одних становятся сырьем для других. В данной работе решается задача не просто ликвидировать _ отходы очистки производственных сточных вод, а извлечь из них ценные компоненты и вещества. Так, отходы шлифовального производства (шла-мы) содержат в себе дорогостоящие стали, нефтепродукты, абразивный материал и его связку. Из-за отсутствия исследований по переработке, извлечению из них нефтепродуктов и получению солей железа, а также в связи с несовершенством конструкций систем сбора и доставки их к мес-

ту использования, практически все металлообрабатывающие предприятия вывозят этот вид отходов на свалку для захоронения, загрязняя природную среду. Эти обстоятельства и определили цель работы-разработка научно обоснованной концепции ресурсосберегающих технологий на предприятиях металлообрабатывающей промышленности и создание на ее основе систем водного хозяйства, предусматривающих максимальное извлечение и переработку токсичных отходов, и использование схем замкнутого водопользования.

Реализация поставленной цели обеспечивается путем глубокого анализа и разработки принципиально новой классификации потоков сточных вод с позиций общности компонентного состава и физико-химических свойств загрязнений и научного обоснования концептуальных принципов создания перспективных малоотходных технологий максимального извлечения загрязнений из производственных стоков.

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы по единому заказ-наряду Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации и в рамках целевой федеральной программы "Отходы" (постановление правительства РФ от 13.09.96 № 1098). Научная новизна

Впервые на основе глубокого анализа физико-химических свойств загрязнений проведены классификация потоков сточных вод металлообрабатывающих предприятий в зависимости от их компонентного состава и систематизация технологических принципов и методов их очистки.

Разработаны положения принципиально новой научной концепции создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих производств, обеспечивающей переработку и использование отходов в собственном производстве при очистке сточных вод, возврат очищенных сточных вод в производство, обогащение отходами очистки сточных вод строительного сырья и включающей анализ риска инвестирования, определение доходности и оценку ликвидируемого ущерба природной среде.

Впервые изучены восстановительные и коагулирующие свойства реагента, полученного из шлифовального шлама. Установлена восстановительная способность шлифовально-шламовой суспензии. Разработана методика быстрой оценки восстановительных свойств шламов и суспензий на их основе. Предложена новая характеристика - восстановительная емкость (ВЕ) шлифовального шлама.

Установлены зависимости ВЕ от вида шлифовального шлама, срока эксплуатации СОЖ и от показателей качества очищаемой сточной воды.

Установлено, что адсорбированные на поверхности мелкодисперсных шламовых частиц нефтепродукты, вступая в восстановительный процесс, исключают пассивацию железа, возможную в нейтральных и слабокислых растворах, и увеличивают скорость восстановления ионов шестивалентного хрома.

Впервые установлено, что отходы шлифовального производства могут применяться в качестве коагулянта при очистке эмульсионных сточных вод и в качестве реагента-восстановителя при очистке хромсодержа-щих сточных вод.

Разработан новый вид реагента-восстановителя и новый способ очистки хромсодержащих сточных вод.

Изучена возможность извлечения из шлама и сточных вод нефтепродуктов и разработана технология их подготовки к вторичному использованию.

Разработана технологическая схема комплексной очистки хромсодержащих, эмульсионных сточных вод реагентами, полученными из отходов шлифовального производства. Показана возможность утилизации кислот и щелочей без предварительного их выделения.

Впервые обоснованы допустимые уровни показателей качества воды, повторно используемой для приготовления СОЖ.

Уточнена методика расчета усреднителей, что обеспечивает быстрый расчет сооружения при произвольном характере колебаний концентраций и расходов сточных вод.

Установлено, что высокотемпературная обработка (выше 1000°С) переводит тяжелые металлы отходов очистки сточных вод в невьпцелачивае-мые формы, обеспечивает их обезвреживание и надежное захоронение в керамзитовом гравии, качество которого при этом улучшается за счет снижения его плотности и увеличения коэффициента вспучивания, а производительность процесса производства керамзитового гравия повышается за счет расширения температурного интервала вспучивания.

Разработаны новые сырьевые смеси (вещества) с добавками отходов очистки сточных вод.

Доказано, что шлифовальный шлам может быть использован в качестве добавок к асфальтобетону, а осадок иловых карт в качестве добавки при изготовлении бетонных блоков. Нефтесодержащий шлам очистных сооружений подшипниковых заводов в смеси с гранулированным доменным шлаком может быть успешно использован в качестве заполнителя при производстве пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей.

Практическая ценность

Разработана и внедрена технология комплексной очистки хромсо-держащих, эмульсионных, кислотно-щелочных вод в замкнутой системе водного хозяйства Вологодского подшипникового завода.

Разработана методика оценки эколого-экономической целесообразности ресурсосберегающих технологий и проведено сравнение существующих и предлагаемых технологий по показателям, приведенным к сопоставимому виду. Предложена новая формула расчета экономического эффекта для различных вариантов ресурсосберегающих технологий с учетом предотвращенного экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса и чистого дисконтированного дохода.

Обоснованы показатели качества повторно используемой очищенной воды для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей. Технология повторного использования очищенных сточных вод успешно прошла производственную проверку на Вологодском подшипниковом заводе и использована при разработке инструкции И 37.573.318-82 "Эксплуатация временной оборотной линии подачи очищенных промстоков на приготовление СОЖ", утвержденной главным инженером завода. '

Результаты исследований по трубопроводному транспортированию шлифовально-шламовых суспензий нашли применение на Вологодском подшипниковом заводе при перекачке отработанных СОЖ на расстояние до 1 км.

Способ нейтрализации производственных сточных вод утилизируемым содовым раствором внедрен на очистных сооружениях Вологодского подшипникового завода, что позволило отказаться от применения товарной извести.

Разработана и внедрена на Вологодском подшипниковом заводе технология утилизации и подготовки водомаслорастворимых компонентов современных СОЖ до требований группы СНО и использования утилизованных нефтепродуктов в котельной завода.

На Вологодском подшипниковом заводе успешно проведены испытания по очистке эмульсионных и хромсодержащих сточных вод соответственно коагулянтом и реагентом-восстановителем, полученными из шлифовального шлама Технология очистки отработанных СОЖ коагулянтом, полученным из шлифовального шлама, нашла применение на очистных сооружениях завода.

На вологодских предприятиях - заводе ЖБИ треста "Вологдастрой", АООТ "Завод ЖБИ и К Вологдастрой" (цех №14), АООТ "Сгройивдуст-рия",- проведены испытания по использованию в качестве добавок к сырью керамзитового гравия, асфальтобетона, бетонных блоков следующих

видов отходов: шлифовального и гальванического шламов, нефтесодер-жащего шлама из шламонакопителя очистных сооружений и осадка иловых карт городских очистных сооружений, загрязненного тяжелыми металлами.

Разработаны технические условия на использование в качестве добавок к сырью:

— шлифовального, гальванического шламов, осадка иловых карт при производстве керамзитового гравия;

— шлифовального и нефтесодержащего шлама к асфальтобетону;

— осадка иловых карт, содержащего тяжелые металлы, при изготовлении бетонных блоков;

— нефтесодержащего шлама в смеси с гранулированным доменным шлаком при производстве пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей.

В АООТ "Завод ЖБИ и К Вологдастрой" внедрена технология использования шлифовального шлама при производстве керамзита, а в АООТ "Стройиндустрия" - технология использования шлифовального шлама и нефтесодержащего шлама в смеси с гранулированным доменным шлаком АО "Северсталь" (г. Череповец) при производстве асфальтобетона, а также технологии утилизации гальваношлама и осадка иловых карт при производстве керамзитового гравия.

По запросу Минского филиала ВНИИ "Оргстанкинпром" ему выданы исходные данные для проектирования и технические условия на процесс использования шламов и осадка в качестве добавки при получении керамзита.

В настоящее время по разработкам автора в Смоленске на очистных сооружениях канализации и керамзитовом заводе внедряется технология утилизации осадка, содержащего тяжелые металлы.

На многие разработки автора институт получал запросы от предприятий и организаций различных отраслей различных форм собственности, коммунальных служб, а также из-за рубежа.

Строительной инспекцией Вологодской области результаты исследований автора рекомендованы к широкому применению на предприятиях стройиндустрии.

Уточненная автором методика расчета усреднителей и реализованный в программах их алгоритм расчета для ПЭВМ внедрены в учебный процесс ряда вузов.

Апробация работы

Основные результаты выполненной работы докладывались на научно-технических Всесоюзных и региональных конференциях, симпозиумах в гг. Москве, Санкт-Петербурге, Петрозаводске, Одессе, Киеве, Архангельске, Вологде, Самаре, Волгограде, Кишиневе, Пензе, Севастополе, Череповце, Курске в 1983-1996 гг., на Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы фундаментальных наук" в Москве (1991г., 1994 г.), "Инженерные проблемы экологии" в Вологде (1993 г.), на втором Международном конгрессе "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК-96. Публикации

Исследования и разработки, выносимые на защиту, цитированы в списке литературы (см. ниже). В целом же список научных трудов соискателя составляет 111 наименований, по теме диссертации опубликовано 83 работы, в том числе получено 3 авторских свидетельства и 8 патентов.

На защиту выносятся:

- классификация сточных вод металлообрабатывающих предприятий по потокам в зависимости от компонентного состава и физико-химических свойств загрязнений и технологическим принципам их очистки;

положения принципиально новой научной концепции создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих предприятий;

- результаты исследований по применению повторно используемой очищенной сточной воды для приготовления СОЖ, по оценке закономерностей трубопроводного транспортирования суспензий шлифовального шлама, по очистке эмульсионных и хромсодержащих сточных вод реагентами, полученными из шлифовального шлама, по использованию отходов очистки сточных вод в качестве добавки к сырью стройматериалов;

- санитарно-гигиеническая оценка технологии утилизации отходов очистки сточных вод при производстве стройматериалов;

- составы новых веществ (сырьевые смеси), получаемые с использованием отходов очистки сточных вод и защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами Российской Федерации;

- методика оценки эколого-экономической эффективности разработанной ресурсосберегающей технологии.

Личный вклад соискателя:

- обоснованы требования к качеству воды, повторно используемой для приготовления СОЖ;

- разработана технологическая схема очистки производственных сточных вод по ресурсосберегающему принципу;

- изучены основные закономерности движения шлифовально-шламовых суспензий по трубопроводам;

- разработаны новые сырьевые смеси (вещества) на базе отходов очистки сточных вод;

- разработан новый вид реагента-восстановителя и новый способ очистки хромсодержащих сточных вод;

- разработана методика экспресс-оценки восстановительных свойств шламов и суспензий на их основе;

- введена новая характеристика отхода очистки сточных вод - восстановительная емкость;

- разработана методика санитарно-гигиенической оценки технологии утилизации отходов очистки сточных вод при производстве стройматериалов;

- разработана методика оценки экономической эффективности ресурсосберегающей технологии.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, выводов (291 страница машинописного текста, 45 иллюстраций, 65 таблиц), библиографии из 168 наименований и 13 приложений.

Содержание работы

Во введении показана актуальность решения важной народнохозяйственной проблемы ресурсосбережения в системах водного хозяйства металлообрабатывающих производств, определена цель работы.

В первой главе дан анализ современного состояния очистки производственных сточных вод на предприятиях металлообработки, включая применение отходов в процессах очистки и повторное использование воды на производственные нужды.

Дается анализ методов очистки маслоэмульсионных и хромсодержащих сточных вод, обобщены сведения по затратам реагентов, получивших применение в практике очистки хромсодержащих вод. Показано,

что ассортимент веществ-восстановителей хрома (Сг ^ может бьпъ значительно расширен за счет применения многочисленных органических веществ с использованием каталических свойств ряда металлов и их сплавов. Например, в качестве реагентов-восстановителей могут выступать сточные воды многочисленных химических и нефтехимических производств.

На основе анализа современного состояния проблемы ресурсосбережения поставлены следующие задачи исследований:

1. Разработка новой классификации потоков сточных вод с позиций общности компонентного состава и физико-химических свойств загрязнений.

2. Научное обоснование концептуальных принципов создания перспективных малоотходных технологий'максимального извлечения загрязнений из производственных сточн&к вод. '' ■ '

3. Изучение влияния повторно используемой очищенной сточной воды на функциональные, эксплуатационные и сашггарно-гигиеннческие свойства СОЖ.

4. Обоснование требований к качеству воды, повторно используемой для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей.

5. Изучение восстановительной способности отходов шлифовального производства и компонентов, входящих в них.

6. Исследование методов очистки хромсодержащих и эмульсионных сточных вод реагентами, полученными из шлифовального шлама.

7. Изучение закономерностей трубопроводного транспорта шлифо-вально-шламовых суспензий.

8. Исследование методов утилизации и использования отходов очистки сточных вод металлообрабатывающих предприятий и коммунальных осадков при производстве строительных материалов - керамзитового гравия, бетонных блоков, асфальтобетона.

9. Санитарно-гигиеническая оценка технологии утилизации отходов очистки сточных вод при производстве стройматериалов.

10. Оценка эколого-экономической эффективности разработанной ресурсосберегающей технологии.

Во второй главе даются основные положения научной концепции создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих предприятий, разработанные на основе классификации потоков сточных вод (рис.1), их характеристик по степени загрязненности и классификации технологических приемов извлечения из них определенных групп загрязняющих веществ (рис.2 й рис З), а также на основе оценки готовности потоков и компонентов, присутствующих в них, к вторичному использованию. Основное внимание в концепции уделено не созданию отдельных методов очистки производственных сточных

Рис. 1. Классификация производственных сточных вод металлообрабатывающего предприятия.

Маслоэмульсионные сточные воды

Отстаивание Отстаивание Отстаивание Отстаивание Отстаивание Сорбция

Гидро-цикло-нирова-ние Реагент- ная коагуляция Реагент- ная коагуляция Реагент - ная коагуляция Реагент- пая коагуляция Мембранное разделение

Центрифугирование Центрифугирование Электрокоагуляция Электрокоагуляция Элеетро-коагуляция Окисление (озонирование)

Флотация Флотация Флотация Флотация Фильтрование

Сжигание при невозможности утилизации и регенерации

Сорбция Сорбция

Состояние

Взвешенное Эмульгированное Растворенное

1 1 1

Концентрация масел

< 50000-мг/л >2000 мг/л >1000 мг/л >500 мг/л <500 мг/л <100 мг/л

поток 2 поток 3 Потоки 1.1,1.3

Рис. 2. Классификация основных методов очистки маслоэмуль-сионных сточных вод

)

Никельсодержащие воды

Концентрированные (отработанные электролиты) ** Разбавленные (промывные)

«

3 ж

Цнансодержащие воды

* Концентрированные (отработанные электролиты) ** Разбавленные (промывные)

Кислые и щелочные воды

* Концентрированные (отработанные электролиты) Разбавленные (промывные)

Окисление цианидов (С№)

При рН-10-11 реагентами: жидким хлором, Н2Ог, Оз, Са(СЮ)г2Са(ОН)2 Са(СЮ)2, N301 формальдегид Электрохимические при Сек" >0,5 г/л

Хромсодержащие воды

* Концентрированные (отработанные электролиты) ** Разбавленные (промывные)

Нейтрализация при рН для выделения: хрома - 8-9; никеля > 9,5

Восстановление хроматов

При рН<2,5 Элеетрокоа- Ионо- Био-

реагентами гуляционныи обмен- логи-

РеБО«, Н202, метод при

ЫаНВОз, мг/л ный ческий

Н^Оь метод метод

¡Отстаивание (тонкослойное)

Флотация

.....+' "

Фильтрация

Очищенная вода -

Рис. 3. Классификация методов очистки сточных вод гальванического производства: * - поток 4, ** - поток 5.

вод, а разработке целостной замкнутой системы водного хозяйства металлообрабатывающего предприятия с учетом уже известных регенера-ционных методов и выявлению тех узлов, для которых пока отсутствуют готовые решения или известные решения не являются оптимальными.

Концепция создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства предприятий предусматривает коренное изменение существующих принципов проектирования систем водоснабжения и во-доотведения предприятий, включая обоснование требований к оборотным, технологическим и повторно используемым водам, разработку принципиальных схем повторного использования водопотоков с одновременным извлечением ценных компонентов, увязку технологий повторного использования воды и отходов с основной технологией производства. При очистке производственных сточных вод с использованием отходов предпочтение должно отдаваться отходам собственного производства, т.к. это не вносит дополнительных неудаляемых в процессе очистки ингредиентов, не свойственных технологическому процессу, обеспечивает сохранность свойств отходов, полезных в процессах очистки сточных вод, за счет сокращения интервала времени от момента образования до момента использования отходов и утилизацию сопутствующих компонентов. Технологическая схема будет тем проще, чем меньше химических соединений задействовано в технологии. Повторное использование очищенных сточных вод и регенерированного сырья в собственном и других производствах, утилизация отходов очистки сточных вод при производстве строительных материалов должны обеспечивать установленные нормативы санитарно- гигиенического состояния рабочих мест и гарантию заданного уровня нормы организма.

Норма организма пока не имеет единого показателя своего состояния. Она описывается и познается посредством многочисленных нормативов структуры, функции и адаптационных резервов, обеспечивающих ему оптимальное уравновешивание с внешней средой. Существует также и норма среды - состояние ее элементов и факторов, обеспечивающих состояние нормы организма. В данной диссертационной работе в экспериментах по повторному использованию очищенной сточной воды для приготовления СОЖ норму организма определил органолептический признак вредности СОЖ (глава 4), а при исследовании условий труда в цехах по производству стройматериалов с добавками отходов норма среды была определена целым спектром факторов: температурой воздуха в цехах по влажному и сухому термометрам, химическим составом воздуха рабочей зоны, запыленностью (глава 7). Это подтвердило возможность реализации и действенность положений концепции в условиях реального производства.

Концепция предусматривает производить выбор наиболее выгодной ресурсосберегающей технологии на основе сравнения различных вариантов с использованием критериев, основанных на дисконтировании.

В главе раскрыты основные принципы, на которых базируется предложенная концепция: системность, комплексность, сбалансированность, динамичность, диффереицированность, многоуровенность, гарантий-ность. Ресурсосберегающая технология должна быть такой, чтобы польза от ее внедрения максимально превышала сумму ущербов от экологического нарушения, потерь ресурсов при ее реализации и затрат на ее осуществление. Превышение экономического результата над затратами на его достижение будет свидетельствовать об экономической эффективности ресурсосберегающей технологии. В концепции постулируется сбалансированность всех операций разрабатываемой технологии с выходом на оценку риска инвестирования, определение доходности и оценку ликвидируемого ущерба природной среде.

В третьей главе на основе положений разработанной концепции дан анализ технологической схемы очистки сточных вод исследованного подшипникового завода (вариант 1 - типовой без элементов ресурсосбережения), представлены результаты исследования существующей более 25 лет свалки промотходов. Изучено содержание загрязнений в техногенных накоплениях свалки и за ее пределами, а также в пробах воды из 22-наблюдательных скважин. Показано, что загрязняющее влияние свалки ограничивается, в основном, ее территорией с небольшим приращением по периметру. Оценка условий защищенности напорных вод подтвердила возможную вероятность загрязнения напорного горизонта от свалки.

Разработана ресурсосберегающая технологическая схема очистки сточных вод, включающая:

регенерацию коагулянта - сульфата алюминия (вариант 2); утилизацию щелочных компонентов эмульсионных сточных вод и использование их при нейтрализации очищаемых сточных вод; отказ при этом от извести, приводящей к значительному количеству образующихся при нейтрализации осадков;

подготовку извлеченных нефтепродуктов, доведение их по качеству до требований ГОСТ 21046 - 86 (группа СНО). На основании исследований разработана и внедрена на АО ВПЗ технология очистки эмульсионных сточных вод с элементами ресурсосбережения.

В четвертой главе в результате проведения комплексных исследований научно обоснованы допустимые уровни показателей качества очищенной сточной воды, используемой для приготовления СОЖ:

- по оценке изменения состава и физико-химических свойств СОЖ;

- по оценке изменения органолептических показателей СОЖ;

- по оценке изменения степени токсичности и опасности СОЖ, включая изучение санигарно-микробиологических показателей.

Используемая повторно д ля приготовления СОЖ очищенная сточная вода должна иметь: рНй7, сухой остаток й 3500 т/л, содержать ионов Сг* £ 2,5 мг/ л, взваленных веществ 2 100 мг/л, нефтепродуктов й 195 мг/ л, не содержать ионов Сг6*. В результате экспериментальных исследований, проведенных на спецводном растворе, показана возможность повторного использования промышленных вод го ванн непрерывного действия травильных отделений после операций обезжиривания и нейтрализации для приготовления СОЖ.

Для оценки степени влияния состава повторно используемой воды, т.е. влияния примесей, присутствующих в воде, на качество свежеприготовленной СОЖ, предложена формула:

' 'V . П ...

В='-7 ' ' 100%, (1)

Ъ^сож^С

где В - степень влияния примесей воды на качество СОЖ, %;

п - число рассматриваемых примесей, обуславливающих качество (концентрация ионов Сг3*, сухой остаток, содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов);

К, юды, К, сож - концентрация /'-той примеси, характеризующей качество воды и СОЖ, мг/л;

П„, П;с - процентное участие концентрации /-той примеси в общей сумме концентраций в используемой воде и в СОЖ, %.

Расчет по формуле (1) позволяет прогнозировать качество СОЖ.

Экспериментальные исследования подтвердили несогласованность требований к качеству воды, используемой для приготовления смазочно-охлаждаюхцих жидкостей, с условиями их эксплуатации. Сравнив содержание химически активных веществ, присутствующих в СОЖ, с содержанием остаточных примесей в очищенных сточных водах подшипниковых производств, было доказано, что последние не оказывают отрицательного влияния на функциональные и эксплуатационные свойства СОЖ при использовании таких вод в процессах приготовления СОЖ.

В пятой главе приведены результаты исследований (в том числе микроскопических) состава и свойств шлифовального шлама. Установлена дисперсность шламовых частиц и построены кривые их распределения

по размерам. Размеры частиц колеблются в пределах 1,8-80 мкм, эффективный радиус пор - 1 - 60 Нм. Общая удельная поверхность пор шлама не превышает 350-10* м2/кг.

Железо, содержащееся в шламе, сохраняет свою способность вступать в реакцию с кислотами. Однако скорость этих процессов, глубина окисления железа и физико-химические свойства его солей изменяются под влиянием одновременно растворяющихся органических веществ. Приведены экспериментальные исследования по применению шлама в процессах очистки сточных вод (хромсодержащих и эмульсионных). Исследования основывались на изучении способности шлифовального шлама восстанавливать в кислой среде ионы Сг6* до Сг3+. При этом была введена характеристика шлама - восстановительная емкость (ВЕ) и получены зависимости последней от вида шлама и его носителя, от концентрации ионов хрома в сточной воде. ВЕ показывает количество единиц массы шестивалентного хрома, восстанавливаемых единиц массы шлама. Расчет ВЕ производится по формуле:

ВЕ= 1000. Мш ' (2)

где: Мш - навеска шлама, г;

N - концентрация тшрованного раствора соли Мора, моль/л;

К - поправочный коэффициент, определяемый из контрольного опыта, как отношение величины объема раствора дихромата калия к величине объема раствора соли Мора, пошедшего на его титрование;

АУ - разность объемов раствора соли Мора, пошедших на титрование контрольной и изучаемых проб, мл;

17,3 - молярная масса эквивалента хрома в реакции восстановления Сг^в Сг3*, г/моль.

На основании проведенных экспериментов была доказана методика быстрой оценки восстановительных свойств шламов и суспензий на их основе. Исследованиями было установлено, что адсорбированные на поверхности мелкодисперсных шламовых частиц нефтепродукты позволяют снять пассивацию металла в растворах шестивалентного хрома и увеличивают восстановительную емкость шлама по сравнению с ВЕ чистого железа:ВЕ чистого железа в порошке - 0,59; ВЕ шлифовального шлама -1,36; ВЕ шлифовального шлама после удаления из него нефтепродуктов -0,82.

В результате изучения восстановительной емкости различных видов шламов определены их численные значения, которые можно использовать при проектировании оборудования для переработки шламов, в частности при определении полезной емкости аппаратов.

Показано, что замена товарных реагентов (гидросульфита натрия при восстановлении хромсодержащих вод и сульфата алюминия при очистке эмульсионных сточных вод) на шлифовальный шлам позволяет получить высокий эффект очистки производственных сточных вод (таблицы 1,2). Данные таблицы 1 показывают, что шлифовальный шлам обеспечивает полное восстановление хроматов в сточной воде при отношении массы хрома к массе шлама, равном или менее 0,25.При этом доказана целесообразность регенерации осадка вод и подтверждена возможность подготовки нефтепродуктов к вторичному использованию (таблица 3).

' :Л 4 Таблица!

Полнота восстановления хрома в сточной воде в зависимости от концентрации суспензии шлифовального шлама

№ п/п Отношение массы хрома к массе шлама Отношение массы хрома к массе суспензионной среды Наличие в смеси Сг6* в конце реакции в % от взятого

1 0,42 0,016 , 33,8

2 0,36 0,016 33,8

3 0,33 0,016 36,2

4 ■ I 0,25 0,016 0

5 0,19 0,016 0

6 0,14 0,015 0

Разработаны балансовые схемы очистки эмульсионных, хромсодержащих сточных вод и переработки шлифовального шлама на реагенты.

Разработана методика расчета усреднителей при произвольном характере колебаний концентраций и расходов сточных вод. Составлен и реализован в программах алгоритм расчета усреднителей.

Излагаются результаты исследования трубопроводного транспорта суспензий шлифовального шлама на опытно-промышленной установке, разработанной по типу трубчатого вискозиметра. Установка, включающая усреднитель, насос, подающий трубопровод, расходную емкость, бак приготовления суспензии, мерную емкость, опытный трубопровод, манометры, пробоотборники, позволяла контролировать расход, концентрацию и плотность суспензии, гидравлические сопротивления по длине трубопровода и критическую скорость движения.

Концентрированные хромсодержыцие сточ--г ные воды

Маслоэмульсионные сточные воды

Разбавленные---^ ~ V

хромсодержащие ^ Воздух ^ сточные воды/

Завод стройматериалов

В систему повторного.. использования воды В городской коллектор водоотведення

Рис 5. Схема ресурсосберегающей технологии очистки производственных сточных вод подшипникового завода (вариант 3): 1 - усреднители; 2 - бак-реактор; 3 - усрелдогтель концентрированных хромсодержшщх сточных вод; 4 - "карман" для сбора нефтепродуктов; 5 - бак сбора реагентов; б, 7,8 - система маслобойлеров; 9 - резервуар сбора подготовленных к использованию нефтепродуктов; 10 - цистерна для нефтепродуктов; 11 - баки-реакторы для обработки эмульсионных сточных вод; 12 - резервуары очищенных производственных сточных вод; 13 - хромкамера; 14 - емкость-накопитель; 15 - камера нейтрализации; 16 - узел дополнительного отстоя; 17 - смеситель; 18 - нефтеловушка; 19,20 - отстойники; 21 - шламонакошггель; 22 - емкость; 23 - центрифуга; 24 - зернистый напорный фильтр, 25 - флотаторы.

Таблица 3

Физико-химическая характеристика нефтесодержащей фазы после обработки в трехступенчатой системе маслобойлеров

№ опыта Показатели качества нефтесодержащей фазы, отнесенной к группе СНО Соотвег ствие ГОСТ 21046-86

Вязкость кинематическая, м^с (сСт) при 50° С Температура вспышки, °С Содержание механических примесей, % по массе Содержание воды, % по массе

1 (160 0,6 4.4 Да

2 17 115 0,1 4,1 Да

3 25 120 1Д 5 Да

4 Нормы по ГОСТу 21-46-86

— — <3 ¿5

Концентрация твердой фазы в суспензии изменялась от 1 до 3% при 10%-ном содержании нефтепродуктов. При проведении эксперимента вязкость суспензии .при температуре 18°С менялась в интервале 0,0160,611 Па-с. Плотность суспензии находилась в пределах 1,1-1,05 т/мэ.

Чтобы определить границы критического режима движения, необходимо было в экспериментальных условиях достичь таких скоростей, при которых поток суспензии способен переносить строго определенное количество шлама, при дальнейшем добавлении в поток шламовых частиц происходило бы их неизбежное выпадение на дно трубопровода.

Анализ проб, отобранных до и после расчетного участка трубопровода, выполненных при различных скоростях движения суспензий в параллельном определении потерь напора, позволил определить критическую скорость движения. На рис. 4 представлена зависимость потерь напора от скорости при движении по трубопроводу потока суспензий шлифовального шлама.

Точке перегиба В кривой соответствует минимальное для данных условий гидротранспортирования значение потерь напора. Участки правых ветвей кривых выше точки А соответствуют диапазону скоростей, при которых шлам полностью находится во взвешенном состоянии при движении суспензий. Точка А соответствует критической скорости. Точка В кривых соответствует минимальной скорости транспортирования, при которой трубопровод начинает заиливаться.

h, м 0,040

0,038

0,036

0,034

0,032

0,030

1,7. 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 u, м/с

Рис. 4. Зависимость потерь напора от скорости яри движении в трубопроводе D = 150 мм отработанной смазочно-охлаж дающей жидкости и суспензий шлифовального шлама плотностью р = 1,078 т/м3:

1 - без твердых включений; 2-1% твердых включений; 3-2% твердых включений; 4-3% твердых включений

Установлено, что минимальные скорости транспортирования по трубопроводу диаметром 150 мм суспензий шлифовального шлама, содержащих 1, 2 и 3% твердой фазы, соответственно составили 1,905; 2 и 2,06 м/с, критические скорости - 2,01; 2,11 и 2,18 м/с.

В шестой главе разработана ресурсосберегающая технология очистки производственных сточных вод металлообрабатывающего предприятия (см. рис. 5)

Технология может бьггь реализована на базе типового оборудования очистных сооружений металлообрабатывающих предприятий с реагенг-ными способами очистки. Шлифовальный шлам из циркуляционных ус-

Таблица 2

Сравнение результатов очистки маслоэмульсионных сточных вод (отработанных СОЖ) с применением сульфата алюминия (числитель) и коагулянта, полученного из отходов шлифовального

производства (знаменатель)

№ Наименование отработанной смазоч-но- охлаждающей рн Степень очистки по, % Общее содержание Количество выделенных продуктов при очистке, %

п^п жидкости СОЖ Взвешенным веществам ХПК Нефтепродуктам Сухому остатку Прокаленному остатку железа в очищенной воде, мг/л нефтепродукты осадок

1 Содово-нитригный рас-хвор с эмульсией ЭГТ Ш и.б Ш 76,3 45,0 40,0 89.7 88,1 87.4 87,8 м 5,5 9,4 24,0

2 Эмульсия ИХП 112 11,2 76.0 76.1 Ш 93,4 22Л 99,0 Ш. 90,3 Ш 89,0 11,2 5,6 62 5,4 13. 5,4

3 Содово-нитригный раствор 112 10,6 Ш\ 77,0 66.5 54,2 84,0 ШЛ 89,5 Ш 86,7 11.1 5,8 ол 0,0 3,8

4 Содово-нитригный раствор 11,2 10,3 76.6 77,2 22д2 99,0 Ш 98,5 Ш 78,0 72.0 72,0 02 0,8 11.0 13,0 12 1,7

5 Эмульсия Т и 9,0 212 65,0 87.0 95,0 Ш 98,2 12.0 18,0 114 13,8 42 2,1 12 0,0 ¿2 6,2

тановок или из баков-накопителей в виде суспензий смазочно-охлаждающей жидкости перекачивается на очистные сооружения в одну из емкостей-усреднителей.

Процесс очистки отработанных вод осуществляется следующим образом. В запасной бак-реактор 2 перекачивается смесь шлама и нефтепродуктов из емкосги-усреднителя 1. В этот же бак-реактор поступают из усреднителя 3 концентрированные хромсодержащие сточные воды для восстановления непосредственно суспензиями шлифовального шлама Объем перекачиваемой суспензии шлама зависит от ВЕ смеси, концентрации и количества хромсодержащих сточных вод. Для поддержания в баке-реакторе необходимой величины рН (не выше 2,5) используются отходы кислот травильных отделений. Соотношение, всех перечисленных компонентов, в баке-реакторе 2 должно удовлетворять следующим условиям; ■ ■.

- обеспечить полное восстановление Сг6* концентрированных хромсодержащих сточных вод;

- содержать избыток ионов Ре2+, достаточный для обезвреживания разбавленных хромсодержащих сточных вод;

- содержать количество солей железа и хрома, позволяющее обезвреживать эмульсионные сточные воды, содержащие эмульгированные нефтепродукты и неокислившиеся ионами Сг207~- растворимые компоненты СОЖ и продукты их распада;

- содержать количество свободной кислоты, позволяющее поддерживать значение рН не выше 2,5.

Полученная в запасном баке-реакторе смесь перемешивается сжатым воздухом и отстаивается для разделения на 3 фазы (сверху вниз): концентрированную эмульсию раствора солей в нефтепродуктах СОЖ и индустриальных маслах; кислый раствор солей хрома и железа; твердые нерастворимые в кислоте примеси шлама. Масла и нефтепродукты направляются через "карманы" 4 в систему маслобойлеров, где доводятся до товарных кондиций. Нижняя и средняя фазы из запасного бака-реактора перекачиваются в баки реагентов 5, используемых для обезвреживания эмульсионных сточных вод в баках-реакторах 11 периодического действия и разбавленных хромсодержащих сточных вод в хром-камере 13 непрерывного действия. Затем смесь очищенных сточных вод направляется в камеру нейтрализации 15. Для осаждения Сг3* используются усредненные эмульсионные сточные воды из узла дополнительного отстоя 16, дозируемые в камеру нейтрализации. Для отделения от очищенных сточных

вод образующихся в камере нейтрализации осадков смесь направляется через смеситель 17 в четырехсекционную нефтеловушку проточного типа 18, а затем во флоратор 25. В смесителе обезвреженные сточные воды смешиваются с масло-шламосодержащими сточными водами кузнечно-прессовых цехов, очищаемыми только гравитационным способом в нефтеловушке. Всплывшие при этом нефтепродукты системой нефтесборных труб отводятся в систему маслобойлеров для подготовки к вторичному использованию. Накопившийся в нефтеловушке осадок с влажностью не менее 98% направляется в шламонакопитель 21, где обезвоживается до 93%. Рекомендуется использование такого осадка в производстве стройматериалов. Для доочистки сточных вод используются зернистые напорные фильтры 24.

В цехе охлаждающих жидкостей Вологодского подшипникового завода проведена серия промышленных испытаний, завершившаяся внедрением следующих элементов технологии:

— исключение товарной извести и товарного коагулянта при обезвреживании эмульсионных сточных вод;

— утилизация кислых и щелочных компонентов кислотно-щелочных сточных вод на одном из участков цеха;

— регенерация коагулянта очистки эмульсионных сточных вод;

— прекращена безвозвратная потеря водомаслорастворимых компонентов современных СОЖ, разработана технология их утилизации;

— эксплуатация временной оборотной линии подачи очищенных производственных вод для приготовления СОЖ.

В седьмой главе изучен качественный состав следующих пяти видов отходов, использованных в дальнейшем в качестве добавок к сырью стройматериалов:

— "богатого" шлифовального шлама;

— "бедного" шлифовального шлама;

— гальванического шлама;

— нефтесодержащего шлама из шламонакопителя очистных сооружений подшипникового завода;

— осадка иловых карт городских очистных сооружений, содержащего тяжелые металлы.

В качестве присадочных материалов использовались пыль льна и гранулированный доменный шлак.

Представлены разработанные методики проведения опьгтно-промышленных испытаний технологии получения стройматериалов (керамзитового гравия, асфальтобетона, бетонных блоков) с добавками от-

ходов очистки сточных вод и методика санкгарно-гигиенической оценки предлагаемых технологий.

В результате опытно-промышленных испытаний установлены оптимальные дозы отходов к сырью:

для производства керамзитового гравия

— гальванического шлама - 5%

— "богатого" шлифовального шлама -1,6...1,7%

— "бедного" шлифовального шлама -2,9...3,1%

— нефтесодержащего шлама - 0,82...0,86%

— пыли льна - 1,38...1,43%

— осадка иловых карт 5...6%

— осадка иловых карт в смеси с торфом

„ (соотношение 1:2) - 1,66...2% для производства асфальтобетона.

— "богатого" шлифовального шлама

5...6% от массы минерального заполнителя -5%

— нефтесодержащего шлама

— в смеси с гранулированным доменным

шлаком - 18%... 19%

для производства бетонных блоков

— осадка иловых карт - не более 10%.

На стадии опытно-промышленных исследований производства строительных материалов с добавками отходов очистки сточных вод проводилась оценка условий труда, определен химический состав воздуха рабочей зоны на наличие токсичных соединений, присутствующих в осадке по следующей методике. Воздушная среда обследовалась дважды: первоначально проводился контрольный отбор проб (устанавливались фоновые значения концентраций), а затем в тех же точках отбирались и анализировались пробы воздуха из процесса производства керамзита с добавками гальванического и шлифовального шламов и осадка иловых карт. Отбор проб воздуха рабочей зоны и анализ осуществлялись сотрудниками областного центра ГСЭН в соответствии с требованиями ГОСТа 12.1.005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны". Анализу воздушной среды были подвергнуты все основные участки технологического процесса, где происходит интенсивное перемешивание, перепад смеси, движение исходного сырья.

Результаты исследования показали, Что содержание искомых токсичных соединений не превышает предельно-допустимых концентраций

для воздуха рабочей зоны на всех обследованных рабочих местах. Следовательно, исключено отрицательное влияние токсичных соединений, используемых добавок на состояние здоровья работающих (имеется заключение санитарной службы).

Санитарно-гигиеническое исследование готовой продукции заключалось в проверке возможности эмиссии токсикантов из готовой строительной продукции при разной продолжительности выдерживания (7, 30, 180 дней) от момента изготовления. Вымывание тяжелых металлов из стройматериалов в дистиллированной воде (по объему 1:1), а также в кислых растворах (рН = 4,5...5,0) аналитически обнаружено на уровне ниже предельно-допустимых норм. Наличие соединений хрома, марганца, меди, железа, цинка не превышает нормативов, установленных ГОСТом 2874-82 "Вода питьевая".

Было установлено, что высокотемпературная обработка (выше 1000° С) переводит тяжелые металлы отходов очистки сточных вод в не-выщелачиваемые формы, обеспечивает их обезвреживание и надежное размещение в керамзитовом гравии, качество которого при этом улучшается за счет снижения его плотности (рис.6.) и увеличения коэффициента вспучивания, а производительность процесса производства керамзитового гравия повышается за счет расширения температурного интервала вспучивания.

Выполнены математическая обработка результатов экспериментов, оценка погрешностей и статистический анализ результатов измерений при проведении опытно-промышленных испытаний. Динамика погрешностей подчиняется закону распределения плотности вероятностей Гаусса. Для всех концентраций тяжелых металлов, присутствующих в отходах, закон распределения близок к нормальному, распределение асимметрично, случайная относительная погрешность находится в пределах 412%.

В восьмой главе проведено сравнение трех вариантов ресурсосберегающей технологии. Выбор наилучшего варианта произведен с использованием двух типов критериев:

— критериев, основанных на дисконтировании (чистый дисконтированный доход ЧДД, индекс доходности ИД внутренняя норма доходности ВНД);

- критерия без использования метода дисконтирования, а именно, срока окупаемости инвестиций в рассматриваемые ресурсосберегающие технологии.

Как показали расчеты, технология по варианту 3 (см. рис. 5) наиболее выгодна и характеризуется наименьшей степенью риска инвестирования. С учетом дисконтирования срок окупаемости составляет 1,5 года. За вари-

ант 1 принята типовая технология , а за вариант 2 - усовершенствованная типовая технология, включающая регенерацию, лпроксвдных осадков при очистке эмульсионных сточных вод. Технологическая схема варианта 2 описана в главе 3. р, т / м3

= 50°С

1,4 1,3 1,2 1,1

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

ГС

1070 1080 1090 1100 1110 1120 1130 1140 1150 1160 1170 1180

Рис. 6. Зависимость плотности гранул от температуры обжига:

1 - в естественном составе без добавок; 2-е 3%-ной добавкой "бедного" шлифовального шлама; 3-е 1,5%-ной добавкой нефтесодержащего шлама; 4-е 5%-ной добавкой гальванического шлама; 5-е 2%-ной добавкой "богатого" шлифовального шлама; 6-е 1,5%-ной добавкой пыли льнотресты, 1 - температурный интервал вспучивания.

В данной главе результаты и затраты, связанные с осуществлением ресурсосберегающей технологии, вычислены двумя методами: простым и дисконтным. Соответственно получены и два различных срока окупаемости. Принимаем срок окупаемости, определенный с использованием дисконтирования, т.к. простой бездискокгный метод игнорирует возможность реинвестирования доходов и временную стоимость денег.

Расчет экономического эффекта природоохранных мероприятий основывается на сопоставлении с экономическим результатом, достигнутым благодаря этим мероприятиям. Этот результат выражается величиной ликвидированного (или предотвращенного) экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса. Превышение экономического результата над затратами на его достижение свидетельствует об экономической эффективности природоохранного мероприятия. Разность между результатами и затратами характеризует экономический эффект, по величине которого выбирают наилучший вариант: ЧДД варианта 1 отрицателен. Для вариантов 2 и 3 ЧДД - положительны, т.е. уже имеют место эффекта - превышение экономического результата над затратами. Экономический эффект, получаемый от сокращения ущерба У и увеличения дохода для разных вариантов, автор предложил определять по формуле:

Э, = У, + ЧДД, млн. руб., где У, - расчетная величина предотвращаемого ущерба от реализации /того варианта проекта, млн. руб.;

ЧДД,- - чистый дисконтированный доход по /-тому варианту, млн.

руб.

ДУ;=Уд

{ ы I С м Г С

П П V ' ^ ИСХ ¿а

руб/год, (3)

^ ПДК5 % пдк,

где Уд - удельный ущерб в зависимости от географического расположения водоема, руб/ т;

/ - номер сбрасываемой примеси;

N - общее число вредных примесей, сбрасываемых в водоем; Сшя - концентрация конкретного загрязняющего вещества в очищенной сточной воде, сбрасываемой в водоем, т/м3;

ПДК, - установленный норматив данного вещества в воде водоема,

мг/л;

Рисе - расход исходной сточной воды, м3/год; 0 - расход очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоем, м3/год; Ь- 1 мг/л - условно опасная концентрация сброса /-того вещества в водоем.

В таблице 4 представлено эколого-экономическое сравнение вариантов рассматриваемой ресурсосберегающей технологии, позволяющее в качестве лучшего выбрать вариант № 3. Вариант № 2 также экологически и экономически оправдан. Вариант № 1 экономически не эффективен.

N

Таблица 4

Эколого-экономическое сравнение вариантов ресурсосберегающей технологии

№ п/п Показатели * Варианты

1 2 3

1. Чистый дисконтированный доход (интегральный эффект), млн. руб. -260,276 15730,4 22182,8

2. Индекс доходности (индекс прибыльности) -1,1 1,6 1,9

3. Внутренняя норма доходности (рентабельность), % 27 13

4. Срок окупаемости в годах

4.1. по дисконтному методу - 1,9 1,5

4.2. по простому (бездисконтному методу) - 6,4 3,9

5. Себестоимость очистки производственных сточных вод, тыс. руб. 57,3 48,3 39,4

6. Предотвращенный ущерб, млн. руб. 8,029 11,989 11,991

7. Экономический эффект, млн. руб. 6,8 27,7 34,2

*

1 - типовой вариант очистки сточных вод металлообраба-

тывающего предприятия без элементов ресурсосбережения;

2 - вариант очистки сточных вод с регенерацией коагулян-

та - сульфата алюминия (по главе 3)

3 - вариант разработанной ресурсосберегающей технологии

(см. рис.5).

Таким образом, з данной главе предложена новая методика оценки эколого-экономической целесообразности ресурсосберегающих технологий и проведено сравнение существующих и предлагаемых технологий по показателям, приведенным к сопоставимому виду, т.е. к ценности в начальном периоде. Предложена новая формула расчета экономического эффекта для различных вариантов ресурсосберегающих технологий с учетом предотвращенного (ликвидированного) экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса и чистого дисконтированного дохода. Показаны два метода определения сроков окупаемости. Рекомендова-

но определять срок окупаемости по предложенному методу с использованием дисконтирования.

Безотходностъ цеха, где внедрена ресурсосберегающая технология, оценивалась по формуле:

Б = 1-А-, (4)

"пр

где Р0 - суммарная стоимость неутилизируемых отходов, млн.руб.;

Рпр - стоимость продукции, включая стоимость отходов,млн.руб.

По варианту 1 Б=0,68; после внедрения комплексной технологии (вариант 3) - Б=0,93. Высокая безотходностъ производства обуславливает и высокую экологическую эффективность (см. табл. 4).

Таким образом, эффект от внедрения новой технологии обусловлен снижением затрат на приобретение реагентов за счет замены аналогичными отходами потребления или новыми материалами, полученными из отходов производства, и уменьшением экологического ущерба при использовании ресурсосберегающей технологии.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана классификация сточных вод металлообрабатывающих предприятий по потокам в зависимости от компонентного состава и физико-химических свойств загрязнений и технологическим принципам их очистки.

2. Разработана концепция создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих предприятий, обеспечивающая переработку и использование отходов в собственном производстве, возврат очищенных сточных вод в производство, обогащение отходами очистки сточных вод строительного сырья и включающая анализ риска инвестирования, определение доходности и оценку ликвидируемого ущерба природной среде.

3. Экспериментально обоснованы допустимые уровни показателей качества воды, используемой для приготовления СОЖ: рН£7, сухой остаток

мг мг

< 3500 —, концентрация хрома (+3) й 2,5 —, содержание взвешенных л л

мг мг

веществ < 100 —, нефтепродуктов 2 195 —, хром (+6) - отсутствие, л л

Изучено влияние очищенных промышленных сточных вод на функциональные, эксплуатационные и санитарно-гигиенические свойства смазочно-охлаждающих жидкостей. Для оценки степени влияния состава повторно используемой воды на состав СОЖ предложена формула, позволяющая прогнозировать качество смазочно-охлаждаюших жидкостей. Установлено,

что уровень повторно-оборотного водоснабжения металлообрабатывающих предприятий может быть увеличен за счет повторного использования промывочных вод после операций обезжиривания и нейтрализации.

4. Разработана технология получения из шлифовального шлама реагента-восстановителя и коагулянта, обладающих высокими восстановительными и коагулирующими свойствами. Показана высокая эффективность их применения при очистке соответственно хромсодержащих и эмульсионных сточных вод. Результаты опьггно-промьппленных исследований показали, что замена товарных реагентов (гидросульфита натрия при восстановлении хрома (Сг6*) в сточной воде и сульфата алюминия при очистке маслоэмульсионных сточных вод) на реагенты, полученные из шлифовального шлама, позволяет получить высокие, эффекты очистки производственных сточных вод: по взвешенным веществам - до 77%, по нефтепродуктам - до 99%, по ХПК - до 99%. При этом доказана целесообразность регенерации осадка очистки сточных вод и подтверждена возможность подготовки нефтепродуктов к вторичному использованию. Разработана технологическая схема комплексной очистки хромсодержащих, эмульсионных сточных вод реагентами, полученными из отходов шлифовального производства. Показана возможность утилизации кислот и щелочей без предварительного их выделения из сточных вод.

Применение реагента-восстановителя и коагулянта, полученных из шлифовального шлама, для очистки отработанных вод позволяет решить рад проблем:

- получать реагент из недефищгтного сырья;

- рационально использовать отходы производства;

- исключить загрязнение природной среды отходами шлифовального производства.

Внедрение разработанной технологии позволяет увеличить безот-ходность производства с 0,68 до 0,93.

5. Для оценки восстановительной способности шлифовально-шламовой суспензии предложена новая характеристика - восстановительная емкость (ВЕ). Предложены формулы для определения зависимости ВЕ шлифовального шлама от его свойств и вида, концентрации ионов Ст6* в сточной воде и от условий протекания восстановительного процесса. Установлено, что адсорбированные на поверхности мелкодисперсных шламовых частиц нефтепродукты, вступая в восстановительный процесс, исключают пассивацию железа, возможную в нейтральных и слабокислых растворах, и увеличивают скорость восстановления ионов Сг6*.

6. На основе изучения физико-химических свойств и реологических параметров шлифовального шлама доказана возможность трубопроводного транспортирования его суспензий. Установлены минимальные и критические скорости транспортирования к месту переработки по трубо-

проводам шлифовального шлама. Они соответственно составляют 2,06 м/с и 2,18 м/с при 3%-ной концентрации твердой среды в шлифовалъно-шламовой суспензии. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании шламопроводов на предприятиях подшипниковой промышленности.

7. Уточнена методика расчета усреднителей по расходам и концентрациям. Составлен и реализован в программах алгоритм расчета.

8. Разработаны новые сырьевые смеси (вещества) с добавками отходов очистки сточных вод.

Установлено, что высокотемпературная обработка (выше 1000°С) переводит тяжелые металлы отходов очистки сточных вод в невыщелачи-ваемые формы, обеспечивает их обезвреживание и надежное захоронение в керамзитовом гравии, качество которого при этом улучшается за счет снижения его плотности и увеличения коэффициента вспучивания, а производительность процесса производства керамзитового гравия повышается за счет расширения температурного интервала вспучивания. Установлены дозировки отходов очистки сточных вод к керамзитовому гравию:

— гальванического шлама -5%

— "богатого" шлифовального шлама -1,6...1,7%

— "бедного" шлифовального шлама -2,9...3,1%

— нефтесодержащего шлама - 0,82...0,86%

— пыли льна - -1,38... 1,43%

— осадка иловых карг -5...6%

— осадка иловых карт в смеси с торфом

(соотношение 1:2) - 1,6б...2%

Приведенный способ утилизации отходов очистки сточных вод отвечает экологическим и технологическим требованиям. Технология утилизации реализуется на оборудовании керамзитовых заводов, не требует дополнительных аппаратов и сооружений, за исключением площадок для складирования шламов перед их использованием.

Доказано, что шлифовальный шлам может быть использован в качестве 5%-6%-х добавок от массы минерального заполнителя к асфальтобетону, а осадок иловых карт в качестве добавки (не более 10%) при изготовлении бетонных блоков. Нефтесодержащий шлам очистных сооружений подшипниковых заводов в смеси с гранулированным доменным шлаком в соотношении 1,0:3,7 может быть успешно использован в качестве заполнителя при производстве пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей, где 24% составляет смесь шлама со шлаком.

9. Предложена методика оценки эколого-экономической целесообразности ресурсосберегающих технологий и проведено сравнение существующих и предлагаемых технологий по показателям, приведенным к сопоставимому виду. Предложена новая формула расчета экономического эффекта для различных вариантов ресурсосберегающих технологий с учетом предотвращенного экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса и чистого дисконтированного дохода.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах автора:

Монографии

1. Соколов Л.И. Проектирование водоотводящих систем промышленных предприятий: Учеб. пособие.- Вологда: ВоПИ, 1992,- 152 с.

2. Ресурсосберегающие технологии в системах водного хозяйства промышленных предприятий: Учеб. пособие/ Л.И. Соколов - М.: изд-во АСВ, 1997,-256 с.

Статьи в научно-технических изданиях:

3. Соколов Л.И., Янковский АЛ., Янковская Г. Ф., Одинцов В.В., Хру-сталев АЛ. О возможности электрофлотационной очистки сточных вод, содержащих эмульсолы // Деп.ЦИНИС Госстроя СССР, per. № 1175, разд.Б, вып 1.-М.Д979.

4. Соколов Л.К, Курочкина НЛ. Комплексное использование сырья ГПЗ-23 //Тез. докл. Пмежвуз. н.-т. конф. - Вологда, 1983.-С.15.

5. Соколов Л.И., Моденова Т.В., Янковский АЛ. Гидрошламоудале-ние в системе оборотного водоснабжения ГТ13-23 // Тез. докл. II межвуз. н.-т. конф. - Вологда, 1983. - С.4,5.

6. Соколов Л.И. Регенерация нефелинового коагулянта и утилизация нефтепродуктов на ГПЗ-2Э // Тез. докл. III межвуз. н.-т. конф. - Вологда, 1984,-С. 8,9.

7. Соколов Л.И., Курочкина НА., Янковский АА. Исследование возможности получения реагентов из шлифовального шлама на ГПЗ-23 // Подготовка воды для хозяйственно-питьевых целей: Сб.ст,- Л., 1984,-С.24-28.

8. Соколов Л.И., Янковский АЛ., Янковская Г.Ф., Курочкина H.A. Получение реагентов из шлифовального шлама // Машиностроитель,-1984,-№2,-С. 17-18.

9. Соколов Л.И., Курганов А.М., Янковский A.A. Напорный гидротранспорт аномальных систем. Анализ и оценка промышленного применения. Прогнозы, проблемы, суждения // Деп. в Черметинформация, №3 Д/2668, 1985.

10. Соколов Л.И. Обезвреживание эмульсионных сточных вод регенерированным коагулянтом / Информ. листок // Вологодский ЦНТИ. № 85-3 НГД. Серия: 8753. 3. - Вологда, 1985. - 4 с.

И. Соколов Л.И. Исследование реологических параметров шлифо-вально-шламовых суспензий с целью транспортирования // Тез. докл. IV межвуз. н.-т. конф. - Вологда, 1986. - С. 53.

12. Соколов Л.И. Очистка отработанных вод отходами шлифовального производства на подшипниковых предприятиях // Тез. докл. IV межвуз. н.-т. конф.. - Вологда, 1986. - С. 54.

13. Соколов Л.И., Курочкина НА., Янковский АЛ. Технология получения и использования смешанного коагулянта из отходов производства // Коагулянта и флокулянты в очистке природных и сточных вод: Тез. докл. Всесоюзной конф.- Киев, 1988,- С.80.

14. Соколов Л.И., Янковский АЛ., Янковская Г.Ф., Курочкина НЛ. Применение регенерированных коагулянтов в очистке промышленных сточных вод // Коагулянты и флокулянты в очистке природных и сточных вод: Тез. докл. Всесоюзной конф. - Киев, 1988,- С.80 - 81.

15. Соколов Л.И., Янковский АЛ. Технология безотходного процесса очистки промышленных сточных вод предприятий Минавтопрома СССР // Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов малых рек бассейна Сев.Двины: Сб.- Архангельск, 1989.-С. 73-74.

16. Соколов Л.И., Янковский АЛ. Создание систем оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях - путь к экологической безопасности (на примере ГТ13-23) // Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов малых рек бассейна Сев.Двины: Сб.- Архангельск, 1989.- С. 74-76.

17. Соколов Л.И. Сокращение объемов забора воды из малых рек путем устройства водооборотных систем на промышленных предприятиях // Охрана и рациональное использование водных ресурсов малых рек: Тез. докл. Всес. научно-техн. семинара. - Курск, М., 1989.- С. 62-64.

18. Соколов Л.И. Использование воды на подшипниковых предприятиях в замкнутом цикле // Технология очистки воды и создание водооборотных систем: Сб. - Одесса, М., 1989,- С. 44-45.

19. Соколов Л.И:, Янковский АЛ., Курочкина НЛ. Оценка качества воды для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей // Деп. ЦНИИТЭнефгехим, №99-НХ 89 п. 345, М. - 1989.

20. Соколов Л.И., Короленок В.К Выбор типа отстойника и расчет его параметров на ЭВМ при решении экологических задач // Интенсификация процессов обработки питьевой воды, сточных вод и осадка: Тез. докл. Межреспубл. научно-техн. конф. - Волгоград, 1990,- С. 135-136.

21. Соколов Л.И. Использование отходов очистки сточных вод машиностроительных предприятий при производстве керамзитового гравия// Интенсификация процессов обработки питьевой воды, сточных вод и осадка: Тез. докл. Межреспубл. научно-техн. конф. - Волгоград, 1990.-С. 107 -108.

22. Соколов Л.И. Очистка хромсодержащих вод отходами шлифовального производства // Интенсификация процессов обработки питьевой воды, сточных вод и осадка: Тез. докл. Межреспубл. научно-техн. конф,-Волгоград, 1990,- С. 29 -30.

23. Соколов Л.И. Очистка производственных сточных вод машиностроительных предприятий отходами шлифовального производства // Замкнутые технологические системы водопользования и утилизации осадков промышленных сточных вод: Тез. докл. 3-ей республ.научно-техн. конф. - Кишинев, 1990,- С. 26.

24. Соколов Л.И. Использование очищенных сточных вод машиностроительных производств в замкнутом цикле // Замкнутые технологические системы водопользования и утилизации осадков промышленных сточных вод: Тез. докл. 3-ей республ.научно-техн. конф. - Кишинев, 1990,-С. 61.

25. Соколов Л.И. Эколого-экономические аспекты внедрения безотходной технологии очистки производственных сточных вод на машиностроительных предприятиях // Тез. докл. региональной конф.- Вологда, 1990,- С. 106-107.

26. Соколов Л.И., Павлова ВА., Швецов А.Н. Утилизация отходов очистки сточных вод машиностроительных предприятий в производстве стройматериалов //Тез. докл. региональной конф,-Вологда, 1990,- С. 124125.

27. Соколов Л.И. Технология безотходного процесса очистки производственных сточных вод машиностроительных предприятий // Повышение эффективности работы предприятий водоочистки и водоотведения: Тез. докл. обл. конф.-Куйбышев, 1990,- С. 25.

28. Соколов Л.И. Использование отходов очистки сточных вод машиностроительных предприятий в производстве стройматериалов 11 Применение отходов производств - основной резерв строительства: Сб.- Севастополь, 1990,- C.187-1S8.

29. Соколов Л.И., Курочкина НА., Янковский АА. Оценка влияния качества оборотной воды на свойства смазочно-охлаждающих жидкостей // Водоснабжение и канализация. Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов Сев.-Запада Европ. части СССР: Сб.- Л., 1990,- С.73-78.

30. Соколов Л.И. Использование осадков очистных сооружений машиностроительных предприятий в производстве стройматериалов// Повышение эффективности работы предприятий водоочистки и водоотведе-ния: Тез. докл. обл. конф,- Куйбышев, 1990.-С. 23-24.

31. Соколов Л.И, Швецов А.Н., Павлова В А. Использование отходов очистки сточных вод машиностроительных предприятий в производстве стройматериалов (на примере производства керамзитового гравия) // Водоснабжение и канализация. Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов Сев.-Запада Европ. части СССР: Сб.-Л., 1990,- С.73-83.

32. Соколов Л.И. Технология безотходного производства сульфата железа для очистки сточных вод от соединений хрома в замкнутых циклах технического водоснабжения машиностроительных предприятий // Теория и практика защиты металлов от коррозии: Тез. докл. 5-ой межотраслевой научно-техн. конф.- Самара, 1991,- С.127-130.

33. Соколов Л.И. Испытание по использованию промывных вод травильных отделений в обороте для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей // Теория и практика защиты металлов от коррозии: Тез. докл. 5-ой межотраслевой научно-техн. конф,- Самара, 1991.- С.133-134.

34. Соколов Л.И., Швецов А.Н., Павлова ВА„ Изюмов В.Л. Утилизация гальванических осадков в производстве керамзита // Теория и практика защиты металлов от коррозии: Тез. докл. 5-ой межотраслевой науч-но-техн. конф.- Самара, 1991.- С. 162-164.

35. Соколов Л.И, Гудков А.Г. Создание замкнутых производственных циклов в машиностроении на основе системного подхода как принципа рационального природопользования // Актуальные проблемы фундаментальных наук: Сб. докладов Междун. н.«т. конф,- М., 1991,- Т.6.-С.9-12.

36. Соколов Л.И, Трушкина Е.В., Изюмов В.Л. Эколого-эконо-мическая эффективность утилизации отходов очистки сточных вод на машиностроительных предприятиях // Актуальные проблемы фундаментальных наук: Сб. докладов Междун. н.-т. конф.- М., 1991,- Т.6.- С.91-92.

37. Соколов Л.И., Изюмов В.Л., Ивишов ФА. Утилизация осадков очистных сооружений машиностроительных предприятий // Актуальные эколого-экономические проблемы современной химии: Тез. докл. 9-ой Всероссийской межвуз. конф.- Самара, 1991.- С. 5-6.

38. Соколов ЛИ, Курочкина НА. Методы анализа повторно используемой и оборотной воды на подшипниковых предприятиях // Современные средства и методы контроля при охране окружающей среды: Тез. докл.-Пенза, 1991.- С. 19-20.

39. Соколов Л.И., Розанова ЭЛ., Петров АЛ. Методы анализа утилизируемых отходов очистки сточных вод машиностроения// Современные средства и методы контроля по охране окружающей среды: Тез. докл.- Пенза, 1991.- С. 23.

40. Соколов Л.И. Очистка эмульсионных и хромсодержахцих вод отходами машиностроительных предприятий // Проблемы экологии в металлургии, машиностроении и пути их решения: Тез. докл. Всес. конф.-М., 1992.- С. 47-48.

41. Соколов ЛИ., Трушкина Е.В. Утилизация шламов и осадков сточных вод машиностроительных предприятий // Проблемы экологии в металлургии, машиностроении и пути их решения: Тез. докл. Всес. конф.-М„ 1992,-С. 50-51.

42. Соколов Л.И. Новые корректирующие добавки в производстве керамзита и его использование при реконструкции зданий // Реконструкция зданий и сооружений: Тез. Российск. н.-практ. конф.- Вологда, 1992.-С. 49-52.

43. Соколов Л.И., Гудков А.Г. Программа для расчета усреднителей на ЭВМ / Информ. листок // Вологодский ЦНТИ. №49-93. Серия 97.53.81!-Вологда,1993. 4 с.

44. Соколов Л.И. Транспортирование суспензий шлифовального шлама по трубопроводам // Водоснабжение и сан. техника. - 1993, - №7,-С. 11-12.

45. Соколов ЛЛ., ТянинАЛ, Розанова ЭЛ., Петров АЛ, Крайнева Т.Л. Результаты опытно-промышленных испытаний по производству асфальтобетона с добавками шлифовального и гальванического шламов и санитарно-гигиеническая оценка технологии // Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов: Тез. докл. н.-т. конф,-Вологда: ВоПЙ, 1994,- С.39-40.

46. Соколов Л.И., Курочкина НА., Розанова ЭЛ. Использование производственных вод на подшипниковых предприятиях в замкнутом цикле // Проблемы в строительстве. Экология и природопользование. Естественные науки: Сб.- Вологда, 1995.- С. 131-137.

47. Соколов ЛИ., ТянинА.Н., Петров АЛ. Санитарно-гигиеническая оценка технологии использования осадков бытовых и шламов промышленных сточных вод при производстве стройматериалов // Отходы производства и потребления: проблемы, метода решения: Сб.- Пенза, 1995.-С. 77-79. :"

48. Соколов ЛЛ., Кудряшов В.В, Утилизация отходов шлифования и гальваношламов в производстве керамзитового гравия// Утилизация отходов в производстве строительных материалов: Тез. докл. Республ. н.-т. конф,- Пенза, 1992,- С.39-40.

49. Соколов Л.И., Петров А.Н. Оценка санитарно-гигиенических условий труда при производстве керамзита с использованием промышленных отходов // Утилизация отходов в производстве строительных материалов: Тез. докл. Республ. н.-т. конф.- Пенза, 1992,- С.41.

50. Соколов Л.И. Комплексная оценка технологии утилизации отходов очистки бытовых, и производственных сточных вод // Ресурсосберегающие технологии и охрана окружающей среды: Тез. докл. Рос. межот-расл. конф.- Санкт-Петербург, 1993,- С. 78-80.

51. Соколов Л.И. Разработка технологии локальной очистки сточных вод подшипникового предприятия по безотходному принципу // Ресурсосберегающие технологии и охрана окружающей среды: Тез. докл. Рос. межотрасл. конф,- Санкт-Петербург, 1993.- С.81-83.

52. Соколов Л.И., Петров А.Н. Технология утилизации отходов очистки бытовых производственных сточных вод и комплексная оценка ее экологической безопасности // Инженерные проблемы экологии: Материалы Межд. конф,- Вологда, 1993.- С.57-61.

53. Соколов Л.И., Петров А.Н. Утилизация осадка сточных вод // Водоснабжение и сан.техника. -1995 -№ 8.- С. 15-17.

54. Соколов Л.И., Курочкина НА. Очистка сточных вод отходами шлифовального производства // Водоснабжение и сан. техника. - 1995.-№ 10,-С. 16-17.

55. Соколов Л.И. Оценка экологической опасности осадка городских сточных вод и технология его утилизации // Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля: Сб. - Пенза, 1996.- С. 38-42.

56. Соколов ЛИ., Томилов А.Б., Розанова Э.Н., Хвастунов С.А., Крайнева Т.Л. Технология утилизации отходов доменного производства и подшипникостроения при изготовлении асфальтобетона. Санитарно-гигиенические результаты испытаний // Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля: Сб. - Пенза, 1996.-С. 135-140.

57. Соколов Л.И. Технология очистки сточных вод подшипникового предприятия по безотходному принципу // Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля: Сб. - Пенза, 1996.-С. 189-190.

58. Соколов Л.И., Коптелов А.И. Проект реконструкции локальных очистных сооружений промстоков АО ВПЗ// Современные методы очистки сточных вод и утилизации осадков: Сб.- Пенза, 1996,- С. 5-7.

59. Соколов Л.И., Короленок В.К. Выбор типа отстойника на ЭВМ // Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов: Сб.- Вологда: ВоПИ, 1996.- С. 103-107.

60. Соколов Л.И. Реодинамика шлифовально-шламовых суспензий // Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов: Сб.-Вологда: ВоПИ, 1996,- С. 117-119.

61. Гудков AT., Соколов Л.И. Алгоритм расчета усреднителей // Водоснабжение исан.техника. -1996. -№7,- С.29-31.

62. Соколов Л.И., Курочкина НА. Повторное использование промышленных вод // Водоснабжение и сан. техника.- 1996. - №8. - С.-16-18.

63. Соколов Л.И. Исследования, опьггно-промышленные испытания и разработка рекомендаций по утилизации отходов локальной очистки производственных сточных вод и осадка иловых карт КОС г. Вологды. Санитарно-гигиеническая оценка предлагаемых технологий // Научное обеспечение охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов: Материалы научно-практической конференции. -Вологда, 1997,- С. 27-33.

Другие статьи, тезисы докладов (всего 83 наименования работ по теме диссертации).

Авторские свидетельства на изобретения и патенты:

64. A.C. 1440534, СССР, МКИ Устройство для усреднения жидкостей / Л.И. Соколов, А. А. Янковский,- Б.И. 1988.-№44.

65. A.C. №1472454, СССР, МКИ. Способ очистки сточных вод от соединений хрома / Л.И. Соколов, H.A. Курочкина, A.A. Янковский,- Б.И. 1988.-№14.

66. A.C. №1715751А1, СССР, МКИ. Сырьевая смесь для изготовления керамзита / Л.И. Соколов, H.A. Курочкина, А.Н. Швецов, В.А. Павлова,-Б.И. 1992.-№8

67. Патент №2023700, МКИ. Сырьевая смесь для изготовления керамзита / ЛИ. Соколов, А.Н. Швецов, В.А. Павлова, В.Л.Изюмов,- Б.И. 1992.-№22.

68. Патент №2040484, МКИ. Аэратор / Л.И. Соколов, М.Л. Мутников,- Б.И. 1995.-№21.

69.Патент №2059582, МКИ. Сырьевая смесь для изготовления керамзита / - ЛИ.Соколов,- Б.И. 10.05.96.- №13,

70.Патент №2059583, МКИ. Сырьевая смесь для изготовления керамзита / Л.И.Соколов. - Б.И. 10.05.96,-№13.

71.Патент №2075208, МКИ. Асфальтобетонная смесь / Л.И.Соколов, А.Н. Тянин, Е.А. Лебедева,-Б.И. 10.03.97.-№7.

72. Патент №2096369, МКИ. Асфальтобетонная смесь / P.A. Швецов, Л.И. Соколов, А.Н. Швецов, А.Б.Томилов,-Б.И. 20.11.97,-№32.