Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Рекуперация шламов цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Рекуперация шламов цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств"

Валеев Руслан Шамилевич

Рекуперация шламов цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств

Специальность 03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О МАЙ 2013

Казань 2013

005060760

005060760

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Научный доктор технических наук, доцент

руководитель: Шайхиев Ильдар Гильманович

Официальные Махоткин Алексей Феофилактович оппоненты: доктор технических наук, профессор, заведующий

кафедрой «Оборудование химических заводов» ФГБОУ ВПО «КНИТУ», г. Казань

Собгайда Наталья Анатольевна

доктор технических наук, доцент кафедры «Экология и охрана окружающей среды» Энгельского технологического института (филиал ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технологический университет» им. Ю.А. Гагарина), г. Энгельс

Ведущая ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный

организация: технологический университет им. В.Г. Шухова»

г. Белгород

Защита состоится «05» июня 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при ФГБОУ ВПО «КНИТУ» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-330)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «КНИТУ».

Автореферат разослан «30» апреля 2013 года.

Ученый секретарь Степанова

диссертационного совета ~сУ Светлана Владимировна

Общая характеристика работы

Актуальность Имеющийся в Республики Татарстан потенциал мощности предприятий химических и нефтехимических отраслей промышленности требует значительных мощностей по производству химически подготовленной воды. Шламовые стоки, образующиеся на стадии предварительной подготовки воды установок химводоочистки (ХВО) цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств приводят к значительным скоплениям обезвоженного шлама на шламонакопителях.

Основные объемы образования шламов водоподготовки сконцентрировались в Нижнекамском промышленном узле, что обусловлено производственными потребностями предприятий ОАО «Нижнекамскнефтехим», «Комплекс нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов» ОАО «ТАНЕКО», ОАО «ТАИФ-НК». Объектами образования шламов в Нижнекамском промышленном узле являются установки ХВО цехов водоподготовки Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ» и дочерней компании ОАО «Татнефть». Объем накопленного шлама на шламонакопителях за период эксплуатации данных цехов водоподготовки с 1967 года составляет свыше 200 ООО тонн. Ежегодное образование свыше 1000 тонн шлама и его накопление также наблюдаются в результате эксплуатации цеха водоподготовки Казанского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», что определяется потребностями ОАО «Казаньоргсинтез».

Шламонакопители, используемые для долгосрочного накопления шлама цехов водоподготовки, являются источником загрязнения окружающей среды, негативное воздействие которых выражается фильтрацией суспензий в почву и грунтовые воды, а также вторичным выносом пыли с поверхности шламонакопителя. Применяемые в настоящее время технологии обезвоживания и долгосрочного хранения шлама требует постоянного отвода, отчуждения значительных площадей земельных участков и их последующего полного загрязнения без возможности дальнейшей эксплуатации данной территории.

В связи с этим очевидно, что разработка технологии возможного сокращения объема накопления шлама цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств является актуальной экологической задачей Нижнекамского промышленного узла и Республики Татарстан.

Целью данной работы являлась разработка технологии рекуперации шламов установок ХВО при производстве сухих строительных смесей (ССС), позволяющей решить проблему накопления данных отходов, образующихся в процессе эксплуатации цехов водоподготовки

химических и нефтехимических производств, в том числе ранее размешенных в шламонакопителях для долгосрочного хранения.

Для достижения поставленной цели требовалось решение следующих задач:

1. Выполнить мониторинг образования шлама на установках ХВО цехов водоподготовки Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», цеха водоподготовки дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск, Казанской ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2.

2. Оценить размеры экологического ущерба, наносимого окружающей среде при текущей технологии долгосрочного накопления шламов предочистки на шламонакопителях.

3. Определить качественный физико-химический состав образующихся шламов предочистки на установках ХВО цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств.

4. Определить влияние рекуперации шлама предочистки воды на физико-технические свойства строительного гипса в зависимости от степени подготовки шлама и его концентрации в составе гипсового вяжущего.

5. Разработать эффективный способ рекуперации шлама предочистки при производстве сухой строительной смеси на базе композиционного гипсового вяжущего (КГВ).

6. Произвести оптимизацию состава и свойств КГВ, модифицированного наполнителем из шлама предочистки.

7. Определить эколого-экономический эффект от реализации исследуемого способа применения шлама предочистки.

Научная новизна работы:

- Впервые разработан способ рекуперации шлама, образующегося на стадии предварительной подготовки воды в цехах водоподготовки химических и нефтехимических предприятий, в качестве наполнителя для изготовления ССС;

- Разработано математическое описание зависимостей физико-технических свойств полученного композиционного гипсового вяжущего от количества введенного рекуперируемого шлама и степени его помола;

- Выполнена оптимизация дисперсного состава и соотношения компонентов при наполнении гипсового вяжущего шламом водоподготовки;

- Исследовано влияние суперпластификаторов на изменение свойств КГВ и определено, что наилучшие свойства получены при использовании добавки «С-3» в количестве 0,5%;

- Получены два патента №2263641 и №2290373 на разработанные способы получения гипсового вяжущего при рекуперации исследуемого шлама водоподготовки химических и нефтехимических предприятий.

Практическая значимость работы:

- На примере шламов Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», дочернего предприятия ОАО «Татнефть» (г. Нижнекамск) разработана технология рекуперации шлама цехов водоподготовки в качестве наполнителя гипсовых вяжущих материалов, обеспечивающая минимизацию воздействия химических и нефтехимических отраслей промышленности на окружающую среду;

- Проведены промышленные испытания, с положительным результатом использования разработанного способа применения шлама цехов водоподготовки при производстве ССС, оформлены акты с участием аккредитованной строительной лаборатории;

- Показано, что при реализации разработанной технологии рекуперации шлама водоподготовки расчетный предотвращенный экологический ущерб от сокращения площади шламонакопителя на примере дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск составляет более 100 млн. рублей.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением стандартных экспериментальных методик и метрологическими характеристиками поверенных измерительных приборов, а также оценкой погрешности экспериментальных данных и их удовлетворительным совпадением с результатами промышленных испытаний.

Личный вклад автора заключается в постановке задач, выборе и обосновании методик экспериментов и их непосредственном выполнении; в анализе и обобщении полученных результатов исследования; в разработке возможных вариантов рекуперации шламов предочистки в зависимости от аппаратного оснащения технологического процесса, написании статей по тематике диссертационной работы.

Апробация работы:

Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на 54, 55-й Республиканской научной конференции КГ АСА (2003 г., 2004 г.), г. Казань; на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященном 150-летию В.Г. Шухова (2003 г.), г. Белгород; на Международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (2005 г.), г. Белгород; на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (2005 г.), г. Пенза;

на V Всероссийской научно-технической конференции «Экология и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» (2005 г.), г. Пенза; на III Всероссийской научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (2008 г.), г. Казань; на XV Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (2008 г.), г. Пенза; на Международной научно-практической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (2008 г.), г. Пенза; на XII Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (2009 г.), г. Пенза; на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств и пути их решения» (2012 г.), г. Нижнекамск.

Публикации:

Основное содержание диссертационной работы отражено в 18 публикациях, в том числе в 5 статьях, опубликованных в научных изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ, а также в материалах научных конференций, кроме того, получено 2 патента на изобретение.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 153 страницах, содержит 28 таблиц, 61 рисунок и список литературы из 143 наименований.

Во введении обоснована актуальность работы, изложены научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится аналитический обзор формирования шламов предварительной очистки воды цехов водоподготовки, основные способы их утилизации и рекуперации. Отражены проблемы образования и дальнейшего использования шламов предочистки. Описаны способы производства композиционных гипсовых вяжущих, влияние природных и техногенных наполнителей на их физико-технические свойства.

Показано, что основным способом использования шлама предочистки являются его складирование на шламонакопителях, не имеющих средств контроля и защиты от их вредного воздействия на окружающую среду, которое выражается фильтрацией суспензий в почву и загрязнением грунтовых вод, вторичным выносом пыли с поверхности, а также отторжением и деградацией земельных участков.

Во второй главе приводится описание применяемых материалов, используемых при разработке способа рекуперации шламов ХВО и методик их исследования.

В качестве исходного материала исследовался шлам, образующийся в цехах водоподготовки Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», Казанской ТЭЦ-1, дочерней компании ОАО «Татнефть» (г. Нижнекамск). Химический состав шлама приведен на рис. 1.

27%

Рисунок 1 - Процентное отношение химического состава шлама

В качестве строительного материала, в составе которого исследовались способы рекуперации шлама предварительной подготовки воды, использовался строительный гипс по ГОСТ 125-79. Минеральный состав гипсового камня представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Минеральный состав гипсового камня

Содержание, %

Двуводный гипс Ангидрит Доломит Кварц и глинистые минералы

92-94 4.5-5.5 1-1.5 0.5 - 1

Химическая модификация получаемого композиционного вяжущего при исследовании оптимального способа рекуперации шлама предочистки осуществлялась добавками марки «Ме1теШ Р150», «МеШих 1641Р», «С-3» (ТУ 6-36-0204229-625), «КМК-ОК» (ТУ 6-55-221-1396-95), «Карбоксилметилцеллюлоза-7В» (ТУ 2231-017-32957739-02).

Физико-технические свойства вяжущих и материалов определялись по стандартным методикам, обработка результатов эксперимента производилась статистическим методом.

В работе применялся метод ортогонального центрального композиционного планирования. Оптимизация искомых параметров рекуперации шлама цехов водоподготовки в составе КГБ производилась графоаналитическим методом.

В третьей главе представлены результаты мониторинга образования шламов предочистки цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств - Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «11 К-16» ОАО «ТАИФ», дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск, а также Казанской ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2.

Показано, что на наиболее «мощных» (производительных) объектах мониторинга — цехах Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ» наблюдается постоянная тенденция роста количества образования / накопления шлама водоподготовки.

Выполнен мониторинг негативного воздействия на окружающую среду образованием шлама водоподготовки. Так, продемонстрировано, что при работе установки ХВО дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск образован шламонакопитель площадью 108 700 м2 из которых 60 % (65 220 м2) являются поверхностью выноса пыли, в концентрациях приведенных в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание пыли на поверхности шламонакопителя ХВО

дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск

Дата отбора пробы Концентрация пыли, мг/м3

16.11.2011 0,017

30.11.2011 0,016

17.04.2012 0,039

24.04.2012 0,025

Рассчетная экономическая оценка ущерба, причиняемого годовыми выбросами загрязнений в воздушный бассейн, составляет 299,68 руб./год.

По результатам мониторинга качественного состава подземных вод вблизи размещения шламонакопителя установки ХВО дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск, установлено повышенное содержание гидрокарбонатов, ионов кальция (таблица 3) в прямой зависимости от удаленности шламонакопителя.

Расчетная величина ущерба от загрязнения подземных вод гидрокарбонат - ионами и ионами кальция составила 18,83 тыс. руб./год.

Таблица 3 - Качественный состав подземных вод в районе шламонакопителя установки ХВО дочернего _предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск_

Дата отбора пробы Показатель мониторинга Концентрация загрязнения (мг/л), при различной удаленности скважины мониторинга подземных вод до шламонакопителя

50 метров 750 метров 1500 метров

02.06.09 гидрокарбонат-ион 463 366 91

ионы Са2+ 137 77 29

12.08.09 гидрокарбонат-ион 463 353 85

ионы Са2+ 136 74 28

07.12.09 гидрокарбонат-ион 409 353 122

ионы Са2+ 139 74 29

22.03.10 гидрокарбонат-ион 451 353 122

ионы Са2+ 130 74 29

Оценка величины ущерба от деградации почв и земель в результате недостаточной природоохранной деятельности по рекуперации / утилизации шлама определена в размере 578 284 тыс. руб.

Выполнено исследование влияние степени наполнения и дисперсности шлама предочистки на свойства гипсового вяжущего, приведены результаты математической оптимизации использования шлама в составе композиционного гипсового вяжущего. Изменение физико-технических свойств, полученного композиционного вяжущего от степени рекуперации шлама в составе вяжущего приведено на рис. 2.

Установлено, что рекуперация шлама предочистки в качестве наполнителя гипсового вяжущего оказывает влияние на физико-технические свойства строительного гипса, при этом степень влияния подготовленного шлама предочистки установок ХВО (ГТП1П) на его свойства зависит от количества и степени дисперсности. Повышение содержания подготовленного шлама в составе строительного гипса с 5 до 15 % позволяет снизить водопотребность (рис. 2) вяжущего на 5-7 % (по сравнению с гипсовым вяжущим без ПШП), что дает основания предполагать наличие у него пластифицирующего эффекта.

Рисунок 2 - Влияние ПТТТП на сроки схватывания строительного гипса и прочность гипсового камня на его основе: 1 начало схватывания, 2 - ▲ конец схватывания, 3 предел прочности при сжатии через 2 ч, 4 - х предел прочности при сжатии через 28 суток

Повышение степени наполнения строительного гипса рекуперируемым шламом предочистки позволяет замедлить сроки схватывания гипсового теста с 6 и 8 минут для вяжущего без ПШП (по началу и концу схватывания соответственно) до 33 и 36 минут при введении 15 % подготовленного шлама, механоактивированного в течение 20 минут (рис. 2).

Рекуперация подготовленного шлама цехов водоподготовки в составе строительного гипса при оптимальном сочетании количества и степени помола шлама способствует повышению плотности, снижению общей пористости гипсового камня, при этом наблюдается повышение марочной прочности гипсового вяжущего на 10-20 % при введении в его состав 10 % ШИП, подвергавшегося помолу в течение 30-60 минут; при введении его в количестве 15 % прочность гипсового камня сохраняется на уровне контрольных составов (без ПШП). Наполнение строительного гипса шламом предочистки способствует повышению водостойкости гипсового камня с 0.3 (для чистого вяжущего без шлама) до 0.4 и 0.44 при введении 10 и 15 % наполнителя ПШП соответственно.

Выявлено положительное влияние подготовленного шлама на прочность гипсового камня при его длительном хранении. Так, в составе

вяжущего, у которого в качестве наполнителя рекуперирован шлам предочистки, прочность не снижается ниже контрольных значений (при концентрации ГТТНП 5-10 %, а также 15 % в случае его механоактивации в течение 20 минут).

Установлено, что наиболее целесообразным с точки зрения рационального сочетания сроков схватывания вяжущего и прочности гипсового камня является рекуперация подготовленного шлама путем наполнения строительного гипса в количестве не более 15 %.

По результатам математической оптимизации эксперимента методом ортогонального центрального композиционного планирования, используя в качестве варьируемых параметров количество ПШП и тонкость его помола, получены следующие уравнения:

- для начала схватывания:

НС= 13.1Т+1.3К-0.0714Т2-589.21

- для конца схватывания:

КС = 14.344Т+1.367К-0.0783Т2-643.289

- для предела прочности при сжатии в возрасте 2 ч:

ПР2 = 0.0283Т+1.588

- для предела прочности при сжатии в возрасте 28 суток:

ПР28 = 9.39-0.1834К

- для коэффициента размягчения:

Кр=0.1903+0.0023Т

Анализ полученных уравнений показал, что на сроки схватывания гипсового вяжущего оказывают влияние как тонкость помола ПШП, так и его количество. Более тонкий помол шлама и увеличение его количества замедляют схватывание гипсового вяжущего, однако, абсолютная величина коэффициентов позволяет говорить о преобладающем влиянии на сроки схватывания количества ПШП.

Из уравнений следует, что марочная прочность гипсового вяжущего будет зависеть от тонкости помола ПШП: более тонкий помол последнего позволяет повысить прочность гипсового камня, а на прочность гипсового камня в более поздние сроки твердения (через 28 суток) будет оказывать влияние количество ПШП в составе вяжущего. С увеличением количества ПШП прочность гипсового камня будет снижаться независимо от тонкости помола введенной добавки.

Установив ограничения значений сроков начала схватывания гипсового теста (не ранее 28 минут) и предела прочности при сжатии (не менее 6.7 МПа - прочности строительного гипса без ПШП в возрасте 28 суток), графо-аналитически получена область оптимальной степени рекуперации шлама предочистки в составе КГВ (рис. 3).

о

10

20

Тонкость помола ПШП, % по остатку на сите №008

Рисунок 3 - Область оптимальных составов КПЗ, модифицированного

ПШП:-линии равных прочностей гипсового камня,

----линии равных сроков начала схватывания,— —линия

минимально допустимого значения сроков начала схватывания, линия минимально допустимого

предела прочности гипсового камня, I I I I 1~1 область оптимальных составов КГБ

Учитывая, что степень рекуперации шлама в составе вяжущего должна быть максимальной, а затраты на помол шлама минимальными, определены составы КГБ с оптимальными свойствами (табл. 4).

Таблица 4 - Составы КГБ с оптимальными свойствами_

Состав КГБ, % Тонкость помола ПШП,% по остатку на сите №008 Физико-технические свойства КГБ

Гипс строительный ПШП Сроки схватывания, мин. Предел прочности при сжатии, МПа, через 28 сут. Кр

начало конец

85.4 14.7 14.5 28 29 6.7 0.39

85.4 14.7 11.5 30 33 6.7 0.4

Сравнительный анализ физико-технических свойств оптимизированных гипсовых композиций и гипсового вяжущего без ГПНП показал, что введение 14.7 % подготовленного шлама цехов водоподготовки в составе строительного гипса позволяет замедлить сроки его схватывания с 8 до 28-30 мин. (по началу схватывания), сохранить прочность гипсового камня на уровне контрольного состава (без ПШП), а также повысить коэффициент размягчения с 0.3 до 0.39-0.4.

Полученные результат оптимизации компонентного состава композиции определяет возможность решения экологической задачи рекуперации шламов цехов водоподготовки в качестве наполнителя гипсового вяжущего.

В четвертой главе приведены результаты исследования улучшения физико-технических свойств КГВ, в составе которого рекуперируется шлам предочистки, под влиянием химических добавок и минеральных наполнителей.

Выявлено, что введение суперпластификатора марки «С-3» в твердофазном состоянии в состав КГВ на основе строительного гипса и ГПНП в количестве 0,1-1 % снижает водопотребность вяжущего и повышает прочность композиционного гипсового камня. Определено оптимальное количество добавки «С-3» (0,5 % от массы КГВ), при котором сохраняются удовлетворительные сроки схватывания (не ранее 30 минут по началу) и наблюдается повышение прочности гипсового камня, что делает возможным рекомендовать её для использования в качестве модифицирующей добавки КГВ для отделочных работ.

Получены зависимости влияние суперпластификатора марки «Melment F15G» на физико-технические свойства КГВ. Введение добавки снижает водопотребность вяжущего, позволяет повысить прочность и водостойкость гипсового камня, однако ускоряются сроки схватывания гипсового теста, что требует одновременного введения замедлителей схватывания (в случае использования КГВ для отделочных работ).

Показаны зависимости изменения физико-технических свойств КГВ от введения суперпластификатора марки «Melflux 1641F» в количестве 0,05-0,5 % от массы КГВ. Найдено, что суперпластификатор снижает водопотребность вяжущего, позволяет замедлить сроки схватывания гипсового теста, повышает водостойкость и прочность гипсового камня. Наиболее рациональным количеством добавки при котором наблюдаются наибольшие показатели прочности и сохраняются удовлетворительные сроки схватывания (не ранее 30 минут), можно принять 0,1 % от массы вяжущего.

Общий анализ исследованных химических добавок определено наиболее положительное влияние при использовании добавки суперпластификатора «С-3» в количестве 0,5 % от массы КГВ.

Исследование влияния возможности применения в составе КГВ наполнителя из опоки в количестве 5-15 % показало, что последний не оказывает значительного влияния на нормальную густоту вяжущего и сохраняет её в пределах 55-57 % - для чистого гипса, 56,5-58 % - для КГВ с рекуперируемым ГППП Увеличение количества опоки в составе вяжущего замедляет сроки схватывания теста нормальной густоты, как для чистого гипса, так и для композиции с рекуперируемым шламом предочистки на его основе. Определено, что в состав КГВ без снижения прочности ниже контрольных значений возможно введение до 5 % опоки при параллельной рекуперации 15 % (от массы вяжущего) шлама предочистки ХВО.

Введение в состав КГВ до 20 % тонкомолотого кварцевого наполнителя (ТКН) не оказывает значительного влияния на сроки схватывания гипсового теста (они сохраняются в пределах 29-30 минут по началу и 30-32 минут по концу схватывания). В состав вяжущей композиции возможно введение до 15 % ТКН без снижения прочности гипсового камня ниже контрольного состава (без добавки ТКН), дальнейшее увеличение количества кварцевого наполнителя до 20 % приводит к снижению прочности гипсового камня.

Введение в состав строительного гипса до 15 % ПШП и 15 % ТКН позволяет замедлить сроки его схватывания с 8 до 30 минут (по началу схватывания), сохранить прочность гипсового камня на уровне контрольного состава без добавки, а также повысить коэффициент размягчения с 0,3 до 0,39, что делает более предпочтительным данное соотношение минерального наполнителя и гипсового вяжущего при рекуперации ПШП.

По результатам исследования установлена возможность эффективной рекуперации шлама цехов водоподготовки при параллельной модификации физико-технических свойств получаемого строительного материала посредством установленных дозировок суперпластификаторов и наполнителей, повышающих качество конечного продукта - ССС, в составе которого реализуется рекуперация шлама.

В пятой главе определено расчетное значение предотвращенного экологического ущерба от реализации разработанной технологии рекуперации шламов цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств.

Исследованы различные способы ввода шлама предочистки в гипсовое вяжущее при его рекуперации, с учетом возможного аппаратного оснащения технологического процесса производства вяжущих, приведены данные о физико-технических свойствах получаемого КГВ в зависимости от принятого способа использования шлама.

Показаны наиболее режимы подготовки шлама и последующей рекуперации в составе вяжущего путем совместного обжига и последующего помола компонентов КГВ при условии достижения наивысшей марочной прочности строительного материала и соответствующих ГОСТ для штукатурных составов сроках схватывания теста.

Выявлены наиболее оптимальные режимы обработки шлама и последующей его рекуперации путем совместного помола и последующего обжига компонентов КГВ, при котором достигаются наилучшие физико-технические свойства последнего.

Установлены оптимальные режимы подготовки шлама предочистки для последующей рекуперации в составе гипсового вяжущего при предварительной 20-ти минутной обработке высушенного шлама, что соответствует ранее установленным результатам экспериментального исследования оптимального состава КГВ, отраженным в главе 3 работы.

Все исследованные способы применения добавок пластификаторов, при ранее установленных оптимальных дозировках:

• для добавки суперпластификатора СЗ - 0,5 % от массы КГВ;

• для добавки суперпластификатора Ме1теп1 П5С - 1 % от массы

КГВ;

• для добавки суперпластификатора МеШих 164Ш - 0,1 % от массы

КГВ;

• для добавки КМК - ОК - 0,5 % от массы КГВ;

позволяют улучшить показатели прочности и сроки схватывания КГВ, а соответственно эффект от рекуперации шламов цехов водоподготовки в составе гипсового вяжущего.

Выявлено, что оптимальным с точки зрения технологических операций и оснащения оборудованием является способ ввода модификаторов, позволяющий устранить действия по предварительному помолу элементов композиции, а именно - ввод химической добавки предусматривается непосредственно в состав готового товарного строительного гипса и подготовленного шлама предочистки перед их смешением (рис. 4).

Рисунок 4 - Блок - схема оптимального способа ввода добавки модификатора свойств КГБ при рекуперации шлама

Показано, что использование разработанного способа рекуперации шламов цехов водоподготовки Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск, а также Казанской ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 позволяет снизить экологические платежи эксплуатирующих организаций более чем 100 ООО руб./год (табл. 5).

Таблица 5 - Экологические платежи предприятий

Расчетный параметр Период мониторинга

1 год 2 год 3 год

Размещено в отчетном периоде, тонн 10740,9 8587,8 9873,8

Коэффициент, учитывающий инфляцию 1,48 1,62 1,79

Коэффициент места расположения 0,3 0,3 0,3

Сумма экономии платы (руб.), всего: 135915 118949 151113

Продемонстрировано, что у предприятий - производителей гипсовых вяжущих и ССС на их основе, использующих разработанную технологию применения шламов предочистки, экономический эффект за счет внедрения составит до 2969 руб. на 1 тонну выпускаемой продукции.

Приведен расчет достигаемого снижения величины ущерба от деградации почв и земель, на примере возможной природоохранной деятельности цеха водоподготовки дочернего предприятия ОАО «Татнефть». Снижения расчетного экологического ущерба определено на сумму более 100 млн. руб. при одновременном высвобождении 6,522 га земель от складирования шлама.

Основные выводы и результаты

Диссертационной работой установлено:

- мониторингом образования шламов цехов водоподготовки продемонстрирована текущая негативная тенденция роста объемов шламообразования, обусловленная постоянным наращиванием мощностей химических и нефтехимических производств, а именно ОАО «ТАИФ», ОАО «Нижнекамскнефтехим», группы компаний ОАО «Татнефть» (в т.ч. ОАО «ТАНЕКО»);

- на примере шламонакопителя цеха водоподготовки дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск размеры текущего расчетного экологического ущерба от деградации земель, занятых под складирование шлама, а также загрязнения воздушного бассейна выносимой пылью, загрязнения подземных вод, составляет свыше 500 млн. руб.;

- основными компонентами шламов цехов водоподготовки являются Са и Mg, что обусловлено умягчением воды на стадии предварительной подготовки установок ХВО. Также в ходе сравнения качественного состава шлама с прочими установками ХВО России, установлен сходный компонентный состав шламов, несмотря на отрасль производства;

- рекуперация шлама цехов водоподготовки химических и нефтехимических предприятий в качестве наполнителя гипсового вяжущего оказывает положительное влияние на физико-технические свойства строительного гипса, при этом степень влияния ГП1ГП на его свойства зависит от количества и степени дисперсности шлама;

- повышение содержания подготовленного шлама в составе строительного гипса с 5 до 15 % позволяет снизить водопотребность вяжущего на 5-7 % (по сравнению с гипсовым вяжущим без ПШП), что дает основания предполагать наличие у него пластифицирующего эффекта;

- рекуперация в составе строительного гипса 14.7 % ПШП позволяет замедлить сроки его схватывания с 8 до 28-30 мин. (по началу схватывания), сохранить прочность гипсового камня на уровне контрольного состава без добавки, а также повысить коэффициент размягчения с 0.3 до 0.39-0.4;

- из анализа исследований влияния химических добавок на физико-технические свойства КГВ наиболее положительное влияние при использовании добавки суперпластификатора С-3 в количестве 0,5 % от массы КГВ.

- наиболее оптимальные режимы подготовки шлама и последующей его рекуперации при производстве ССС достигается путем раздельной

подготовки шлама предочистки ХВО и гипсового вяжущего с их последующим смешением и фасовкой как товарная продукция;

- экономический эффект от реализации предлагаемого способа рекуперации шлама у потенциальных заводов изготовителей ССС составит от 352 до 2969 руб. на 1 тонну выпускаемой продукции;

- реализация разработанной технологии рекуперации шлама предочистки позволяет достигнуть расчетного снижения величины экологического ущерба от деградации почв и земель (на примере цеха водоподготовки дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск) на сумму более 100 млн. руб., сократить на 2,08 тонны/год объем загрязнения атмосферы выносимой пылью с поверхности шламонакопителя.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ:

1. Валеев Р.Ш. Утилизация шламовых отходов теплоэнергетических централей при производстве строительных материалов / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Экология и промышленность России. - 2010. - № 2. - С. 28-29.

2. Валеев Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительные материалы с использованием пластификатора С-3 / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 13. - С. 41-45.

3. Валеев Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительных материалах с использованием суперпластификатора Ме1шеп1 15в / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 6. - С. 35-37.

4. Валеев Р.Ш. Способ применения шламовых отходов водоподготовки в строительных материалах с использованием суперпластификатора МЕЬРШХ 1641Б / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 10. - С. 111-113.

5. Валеев Р.Ш. Способ применения шламовых отходов водоподготовки в строительных материалах с использованием суперпластификатора КМК-ОК / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 10. - С. 74-75.

Патенты РФ:

1. Пат. 2263641 РФ, МПК С04 В 11/02. Способ получения гипсового вяжущего / Соколова Ю.А., Морева И.В., Медяник В.В., Валеев Р.Ш. -№ 2004118639/03; заявл. 22.06.04; опубл. 10.11.05. Бюл. №31.

2. Пат. 2290373 РФ, МПК С04 В 11/024. Способ получения гипсового вяжущего / Соколова Ю.А., Морева И.В., Медяник В.В., Валеев Р.Ш., Медяник H.H.; № 2005121157/03; заявл. 07.07.05; опубл. 27.12.06. Бюл. №36.

Прочие публикации и материалы конференций:

1. Валеев Р.Ш. Получение и исследование свойств гипсовых композиций для внутренних отделочных работ / Р.Ш. Валеев, И.В. Морева, Ю.В. Медяник // Современные технологии в пром. строит, мат. и стройиндустрии: материалы междунар. конгресса поев. 150-летию В.Г. Шухова. - Белгород, 2003. - С. 194-196.

2. Валеев Р.Ш. Получение и исследование свойств гипсовых композиций для штукатурных работ / Р.Ш. Валеев // Сб. научных трудов студентов: материалы 54, 55-й республиканской научной конференции, -Казань: КГАСА, 2003. - С. 43-46.

3. Валеев Р.Ш. Оптимизация состава и свойств композиционного гипсового вяжущего, модифицированного карбонатсодержащей добавкой / Р.Ш. Валеев, И.В. Морева, В.В. Медяник, Ю.А. Соколова // Сб. научн. трудов, - Москва: ЦРО РААСН, 2004. - вып. 3, - С. 18-23.

4. Валеев Р.Ш. Исследование влияния суперпластификатора С-3 на физико-технические свойства композиционного гипсового вяжущего / Р.Ш. Валеев, И.В. Морева, Ю.А. Соколова // Проблемы и достижения строительного материаловедения: сб. докл. междунар. науч.- практич. интернет - конф., - Белгород: БГТУ, 2005. - С. 26-27.

5. Валеев Р.Ш. Исследование совместного влияния карбонатсодержашего и кварцевого наполнителей на физико-технические свойства строительного гипса / Р.Ш. Валеев, И.В. Морева, В.В. Медяник, Ю.А. Соколова // Актуальные проблемы современного строительства: тезисы докладов международной научно-технической конференции, -Пенза: ПГУАС, 2005. - Часть 1. - С. 62-63.

6. Валеев Р.Ш. Влияние продолжительности и условий хранения композиционного гипсового вяжущего на его физико-технические свойства Экология и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства / И.В. Морева, Р.Ш. Валеев, Ю.А. Соколова // Сб. статей V Всероссийской научно-технической конференции, - Пенза: ПГУАС, 2005. - С. 154-155.

7. Валеев Р.Ш. Исследование влияния шлама водоумягчения ТЭЦ на физико-технические свойства строительного гипса / И.В. Морева, В.В.

Медяник, Р.Ш. Валеев, Ю.А. Соколова // Проблемы в проектировании объектов' АПК России: сб. науч. тр., - Саратов: ФГУП «НИПИгипропромсельстрой», 2005. - С. 316.

8. Валеев Р.Ш. Анализ и решение проблемы рекуперации шлама водоумягчения ТЭЦ в качестве компонента строительных композиций / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Промышленная экология и безопасность: материалы III научной конференции, - Казань: Заман, 2008. - С.24-26.

9. Валеев Р.Ш. Экологические аспекты влияния шламонакопителей ТЭЦ на окружающую среду и решения путей их рекуперации / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Экология и жизнь: сборник статей XV международной научно-практической конференции, - Пенза: ПДЗ, 2008. -С. 99-100.

10. Валеев Р.Ш. Исследование влияния шлама водоумягчения на процессы гидратации при рекуперации его в качестве наполнителя композиционного гипсового вяжущего / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: сборник статей международной научно-практической конференции, - Пенза: ПДЗ, 2008.

11. Валеев Р.Ш. Рекуперация шлама предочистки как наполнителя строительной композиции в присутствии добавки СЗ / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Экономика природопользования и природоохраны: сборник статей XII международной научно-практической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2009. - С. 66-68.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Валеев, Руслан Шамилевич, Казань

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОЕИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВАЛЕЕВ Руслан Шамилевич

РЕКУПЕРАЦИЯ ШЛАМОВ ЦЕХОВ ВОДОПОДГОТОВКИ ХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель, доктор технических наук, доцент Шайхиев Ильдар Еильманович

Казань-2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ОПЫТ РЕКУПЕРАЦИИ ШЛАМОВ СТОЧНЫХ ВОД И ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ 11 ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

1.1. Факторы формирования шламов предварительной очистки

11

воды установок химводоподготовки и их свойства

1.2. Технико-экологические основы проблемы образования и утилизации шламов предочистки установок химводоподготовки,

16

потребления сырьевых ресурсов для производства строительных материалов

1.3. Основные способы рекуперации шламов предочистки ХВО, использование шламовых отходов при производстве 23 композиционных строительных материалов

1.4. Условия получения гипса и КГВ на его основе,

30

формирования физико-технических свойств полученных вяжущих

1.4.1. Способы получения гипсового вяжущего и приготовление

30

К1 В на его основе

1.4.2. Влияние природы и степени наполнения минеральных

наполнителей на физико-технические свойства КГВ

1.5. Цель и задачи исследования 38

2.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 40

2.1.Исходные материалы 40

2.2. Методы исследований, приборы и оборудование 47 2.2.1. Получение добавки - наполнителя из шлама предочистки 47 2.2.2 Получение строительного гипса 47

2.2.3. Получение композиционного гипсового вяжущего из ^ подготовленного шлама предочистки

2.2.4. Изучение физико-технических свойств вяжущих 48

2.2.5. Изучение физико-технических свойств растворов на основе композиционного гипсового камня с применением шлама 49 предочистки

2.2.6. Методы изучения процесса гидратации и фазовых переходов в процессе твердения компонентов композиционного 49 гипсового вяжущего

2.2.7. Методы математического планирования эксперимента 50

2.2.8. Статистическая обработка результатов испытаний 50

3. МОНИТОРИНГ ОБРАЗОВАНИЯ ШЛАМА ПРЕДОЧИСТКИ ХИМВОДОПОДГОТОВКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО ВЛИЯНИЯ

51

НА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИПСА ПРИ РЕКУПЕРАЦИИ В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ

3.1. Мониторинг образования шламовых отходов на стадии

51

предочистки установок ХИМВОДОПОДГОТОВКИ

3.2. Определение возможной степени рекуперации подготовленного шлама предочистки как наполнителя строительного 59 гипса

3.3. Исследование влияния количества и тонкости помола шлама предочистки на физико-технические свойства строительного 62 гипса

3.4. Математическая оптимизация модели рекуперации шлама

72

предочистки в качестве наполнителя гипсового вяжущего

3.5. Влияние количества шлама предочистки в составе

84

гипсового вяжущего на процессы гидратации и твердения КГВ

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕКУПЕРАЦИИ ШЛАМА ПРЕДОЧИСТКИ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИИ ПРИ СОВМЕСТНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ МОДИФИКАТОРОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

4.1. Исследование улучшения свойств вяжущего при

рекуперации шлама предочистки в составе получаемой композиции

за счет применения модификаторов

4.1.1. Исследование влияния суперпластификатора С-3 на физико-технические свойства вяжущей композиции при рекуперации 88

пшп

4.1.2. Исследование влияния суперпластификатора Melment F15G на физико-технические свойства вяжущей композиции при 90 рекуперации ПШП

4.1.3 Исследование влияния добавки КМК-ОК на физико-

93

технические свойства вяжущей композиции при рекуперации ПШП

4.1.4. Исследование влияния суперпластификатора Melflux 1641F на физико-технические свойства вяжущей композиции при 96 рекуперации ПШП

4.1.5. Исследование влияния добавки карбоксилметилцеллюлозы-7В на физико-технические свойства 98 вяжущей композиции при рекуперации ПШП

4.2. Влияние минеральных наполнителей на свойства

101

композиционного вяжущего при рекуперации шлама предочистки

4.2.1. Исследование влияния наполнителя опоки на качество

101

получаемого композиционного продукта при рекуперации ПШП

4.2.2. Исследование влияния кварцевого наполнителя на физико-технические свойства композиции из рекуперируемого 103 шлама предочистки в составе гипса

5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ РЕКУПЕРАЦИИ ШЛАМА ПРЕДОЧИСТКИ ПРИ

108

ПАРАЛЛЕЛЬНОМ ПОЛУЧЕНИИ КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО

5.1. Способ рекуперации шлама предочистки путем его совместного обжига и последующего помола с гипсовым вяжущим

5.2. Способ рекуперации шлама предочистки путем его совместного помола при производстве гипсового вяжущего и

последующего обжига смеси до полуводного гипса

5.3. Способ рекуперации шлама предочистки путем раздельной подготовки шлама предочистки и гипсового вяжущего с их 114 последующим смешением

5.4. Способ модификации композиционного гипсового вяжущего путем ввода химических добавок - модификаторов при 116 рекуперации шлама предочистки

5.5. Технологическая схема рекуперации шлама предочистки в составе гипсового вяжущего с минеральными и химическими 120 добавками

5.6. Эколого-экономическая эффективность внедрения способа

применения шлама предочистки в составе КГВ

5.6.1. Определение величины снижаемого ущерба от сокращения площади деградации земли за счет сокращения 122 потребной площади шламонакопителей

5.6.2. Расчет снижения эколого-экономической нагрузки промышленных предприятий в части исключения обязательных 123 платежей за размещение шлама предочистки

5.6.3. Расчет технико-экономического эффекта от применения

122

124

шлама предочистки в составе строительной композиции ЗАКЛЮЧЕНИЕ

126

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

128

ПРИЛОЖЕНИЯ

146

ВВЕДЕНИЕ

Имеющийся в Республики Татарстан потенциал мощности предприятий химических и нефтехимических отраслей промышленности требует значительных мощностей по производству химически подготовленной воды. Шламовые стоки, образующиеся на стадии предварительной подготовки воды установок химводоочистки (ХВО) цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств приводят к значительным скоплениям обезвоженного шлама на шламонакопителях.

Основные объемы образования шламов водоподготовки сконцентрировались в Нижнекамском промышленном узле, что обусловлено производственными потребностями предприятий ОАО

«Нижнекамскнефтехим», «Комплекс нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов» ОАО «ТАНЕКО», ОАО «Таиф-НК». Объектами образования шламов в Нижнекамском промышленном узле являются установки ХВО цехов водоподготовки Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ» и дочерней компании ОАО «Татнефть». Объем накопленного шлама на шламонакопителях за период эксплуатации данных цехов водоподготовки с 1967 года составляет свыше 200 ООО тонн. Ежегодное

образование свыше 1000 тонн шлама и его накопление также наблюдаются в результате эксплуатации цеха водоподготовки Казанского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», что определяется потребностями ОАО «Казаньоргсинтез».

Шламонакопители, используемые для долгосрочного накопления шлама цехов водоподготовки, являются источником загрязнения окружающей среды, негативное воздействие которых выражается фильтрацией суспензий в почву и грунтовые воды, а также вторичным выносом пыли с поверхности шламонакопителя. Применяемые в настоящее время технологии обезвоживания и долгосрочного хранения шлама требует постоянного отвода, отчуждения значительных площадей земельных участков и их последующего полного загрязнения без возможности дальнейшей эксплуатации данной территории.

В связи с этим очевидно, что проблема возможного сокращения объема накопления шлама цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств является актуальной экологической задачей Нижнекамского промышленного узла и Республики Татарстан.

Научная новизна работы:

- впервые разработан способ рекуперации шлама, образующегося на стадии предварительной подготовки воды в цехах водоподготовки химических и нефтехимических предприятий, в качестве наполнителя для изготовления сухих строительных смесей (ССС);

- разработано математическое описание зависимостей физико-технических свойств полученного композиционного гипсового вяжущего от количества введенного рекуперируемого шлама и степени его помола;

- выполнена оптимизация дисперсного состава и соотношения компонентов при наполнении гипсового вяжущего шламом водоподготовки;

- исследовано влияние суперпластификаторов на изменение свойств КГВ и определено, что наилучшие свойства получены при использовании добавки марки «С-3» в количестве 0,5%;

- получены два патента №2263641 и №2290373 на разработанные способы получения гипсового вяжущего при рекуперации исследуемого шлама водоподготовки химических и нефтехимических предприятий.

Практическая значимость работы:

- на примере шламов Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», дочернего предприятия ОАО «Татнефть» (г. Нижнекамск) разработана технология рекуперации шлама цехов водоподготовки в качестве наполнителя гипсовых вяжущих материалов, обеспечивающая минимизацию воздействия химических и нефтехимических отраслей промышленности на окружающую среду;

проведены промышленные испытания, с положительным результатом использования разработанного способа применения шлама цехов водоподготовки при производстве сухой строительной смеси, оформлены акты с участием аккредитованной строительной лаборатории (приложение 1, 2);

- показано, что при реализации разработанной технологии рекуперации шлама водоподготовки расчетный предотвращенный экологический ущерб от сокращения площади шламонакопителя, на примере дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск, составляет более 100 млн. рублей.

На защиту выносятся:

- разработанный способ рекуперации шлама предочистки и полученное композиционное гипсовое вяжущее на его основе, способ приготовления наполнителя из шлама предочистки;

- полученные зависимости, характеризующие степень возможного наполнения гипсового вяжущего шламом предочистки в присутствии минеральных наполнителей;

- математическая модель влияния степени помола, содержания шлама предочистки в составе гипса на физико-технические свойства получаемого композиционного материала;

- результаты выбора оптимальных дозировок химических добавок и минеральных наполнителей для улучшения физико-технических свойств композиции на основе шлама;

- данные достигаемого эколого-экономического эффекта от внедрения разработанного способа рекуперации шлама предочистки;

- результаты разработок способов ввода шлама предочистки в состав гипсового вяжущего при производстве сухих строительных смесей на основе композиционного гипсового вяжущего;

Апробация работы:

Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на 54, 55-й (2003-2004 г.г.) Республиканской научной конференции Казанской государственной архитектурно-строительной академии, г. Казань; на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященном 150-летию В.Г. Шухова (2003 г.), г. Белгород; на Международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (2005 г.), г. Белгород; на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (2005 г.), г. Пенза; на V Всероссийской научно-технической конференции «Экология и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» (2005 г.), г. Пенза; на III Всероссийской научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (2008 г.), г. Казань; на XV международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (2008 г.), г. Пенза; на

Международной научно-практической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (2008 г.), г. Пенза; на XII Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (2009 г.), г. Пенза; на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств и пути их решения» (2012 г.), г. Нижнекамск.

Публикации:

Основное содержание диссертационной работы отражено в 18 публикациях, в том числе в 5 статьях, опубликованных в научных изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ, а также в материалах научных конференций, получено 2 патента на изобретение.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (выводы), списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 153 страницах, содержит 28 таблиц, 61 рисунок.

Список приведенных литературных источников включает 143 наименования.

1. ОПЫТ РЕКУПЕРАЦИИ ШЛАМОВ СТОЧНЫХ ВОД И ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

ВЕЩЕСТВ

1.1. Факторы формирования шламов предварительной очистки воды установок химводоподготовки и их свойства

Шламы СВ, образующиеся в результате эксплуатации объектов промышленности, являются одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды.

В масштабной проблеме очистки СВ утилизация осадков и шламов представляется наиболее актуальным аспектом.

Одним из наиболее многотоннажных шламовых отходов являются шламы предварительной очистки, образующиеся в процессе коагуляции воды на установках химводоподготовки теплоэнергетических централей (ТЭЦ) и станциях (ТЭС), нефтеперерабатывающих (НПЗ) и нефтехимических (НХЗ) заводов.

Подготовка и получение умягченной химобессоленной воды на ТЭЦ, НПЗ, НХЗ обусловлена необходимостью предотвращения отложений в паровых турбинах, котлах, нарушения теплового режима элементов их поверхностей, гидравлики труб данных агрегатов.

В настоящее время на установках химводоподготовки цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств применяются следующие технологические цепочки получения умягченной химобессоленной воды:

■ предочистка - фильтрация - обратный осмос - ионитовый фильтр -декарбонизатор;

■ предочистка - фильтрация - ионитовый фильтр;

■ предочистка - фильтрация - ионитовый фильтр - испарительная установка;

■ предочистка - фильтрация - обратный осмос.

Как видно, используемые технологические схемы, оборудование для глубокого умягчения и обессоливания воды определяют необходимость её предварительной очистки до направления на более тонкие стадии водоподготовки.

Из поверхностных водоисточников (реки, пруды и т.п.), которые используются для целей водоснабжения объектов энергетики, на стадии предварительной очистки воды установок химводоподготовки, требуется удаление грубой и тонкой взвеси размером 0,01^-0,001 мм (пески, глины, продукты коррозии и т.д.), а также дисперсно-коллоидных частиц с размером 0,001-Ю,00001 мм (органические соединения, оксиды металлов и т.д.).

Удаление тонкой взвеси и дисперсно-коллоидных частиц, как правило, осуществляется посредством коагуляции. В целях углубления очистки воды, удаления углекислоты, снижения солесодержания исходной воды с одновременным её умягчением и при низких значениях карбонатной жесткости (например, в период паводка), в процессе коагулирования воды дополнительно прибегают к известкованию воды.

Процессы коагулирования и известкования воды осуществляются в осветлителях со взвешенным слоем осадка.

Коагулирование и известкование основано на связывание ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые соединения, осаждаемые в виде шлама, который затем удаляется из осветлителей с продувочными шламовыми стоками на шламонакопители для обезвоживания и долгосрочного хранения.

На коагулирование с известкованием, обуславливающее последующие процессы хлопьеобразования и седиментации примесей воды в виде шлама, оказывают влияние множество факторов, среди которых можно выделить:

- анионный состав воды;

- доза вводимого коагулянта;

- доза извести;

- быстрота смешения коагулянта с водой, условия перемешивания;

- рН и температура очищаемой воды.

Значительную роль в процессе коагулирования играет солевой состав воды, главным образом ее анионный состав, поскольку продукты гидролиза коагулянта заряжены положительно и коагулирующими ионами для них являются анионы.

При этом следует отметить, что повышение ионной силы воды до определенной величины ведет к снижению растворимости вещества в воде (или увеличению продолжительности процесса растворения) за счет эффекта высаливающего действия ионов, обусловливающих величину ионной силы раствора, также, напротив, наличие анионов в определенной концентрации может способствовать повышению эффективности мицеллообразования.

Расчетные дозы коагулянта и извести для различных периодов года устанавливаются в зависимости от солевого сост