Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Снижение экологической опасности многокомпонентных щелочных сточных вод предприятия органического синтеза с использованием ресурсосберегающих сорбционных методов
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Снижение экологической опасности многокомпонентных щелочных сточных вод предприятия органического синтеза с использованием ресурсосберегающих сорбционных методов"



На правах рукописи

БАШИРОВ РАДИК РОБЕРТОВИЧ

Снижение экологической опасности многокомпонентных щелочных сточных вод предприятия органического синтеза с использованием ресурсосберегающих сорбционных методов

03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 о:

Казань-2011

4856223

Работа выполнена на кафедре химической кибернетики Казанского государственного технологического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Шулаев Максим Вячеславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зенитова Любовь Андреевна

кандидат технических наук, доцент Степанов Сергей Валериевич

Ведушая организация ОАО «НИИ нефтепромысловой химии»,

г. Казань

Защита состоится « 2 » марта 20И г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул.К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «, 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета

А.С. Сироткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из особенностей крупных химических и нефтехимических комплексов в настоящее время является диверсификация производственной деятельности, выражающаяся в расширении ассортимента и освоении новых видов выпускаемой продукции, а также вертикальная интеграция с целью обеспечения максимально возможной глубины переработки углеводородного сырья. Следствием данной, стратегии развития, обусловленной необходимостью повышения конкурентоспособности предприятия в условиях постоянно меняющихся внешних экономических факторов, кроме всего прочего, является также усложнение качественного состава отходов производства, и, в частности, сточных вод. В результате на очистные сооружения промышленных предприятий поступают многокомпонентные и непостоянные по количеству и качеству сточные воды. Эти стоки содержат различные классы органических соединений, имеющие разный биохимический показатель и нередко характеризующиеся высокой токсичностью и биорези-стентностыо.

Очистка промышленных сточных вод химических и нефтехимических предприятий представляет собой сложную научно-техническую и технолого-инженерную задачу, особенно, учитывая всё возрастающие требования к глубине очистки от специфичных компонентов, представляющих повышенную опасность для гидробионтов водоемов рыбохозяйственного назначения. Попадание этих загрязнителей в водоемы сопровождается перестройкой биоценоза и приводит к нарушению экологического равновесия. Традиционные очистные сооружения производственных сточных вод крупнотоннажных производств зачастую не в полной мере обеспечивают выполнение современных требований, к качеству очистки. Даже кратковременные залповые сбросы токсичных загрязнителей могут нарушить ход течения биохимических процессов в аэротенках на продолжительное время.

Используемые на стадии физико-химической очистки производственных сточных вод реагенты (коагулянты, флокулянты, нейтрализаторы и т.п.) нередко приводят к вторичному загрязнению очищаемых стоков и сами могут представлять повышенную экологическую и техногенную опасность. При этом в России установлены одни из самых жестких требований к очистке сточных вод, например, ПДК летучих фенолов для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 0,001 мг/дм .

Всё это обуславливает актуальность и первостепенное значение решения задачи снижения экологической нагрузки от производственной деятельности промышленных предприятий, что в полной мере относится и к проблеме очистки сточных вод. С точки зрения экономической целесообразности необходимо изыскивать способы интенсификации очистки сточных вод на существующих очистных сооружениях, без значительных капитальных затрат.

В настоящей диссертационной работе исследована возможность и целесообразность внедрения ресурсосберегающих способов обезвреживания тце-

лочных многокомпонентных сточных вод предприятий основного органического и нефтехимического синтеза для решения задачи оптимальной подготовки стоков к их последующей биологической очистке.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной программой «Эффективное потребление энергоресурсов» и программой «Энер-горесурсоэффективность в Республике Татарстан на 2006 - 2010 гг.»

Цель работы состоит в создании благоприятных условий для биоценозов очистных сооружений и снижении антропогенного воздействия на природные водоприемники на основании данных мониторинга состава и количества примесей многокомпонентных производственных сточных вод щелочного характера с разработкой ресурсосберегающих способов их обезвреживания.

Научная новизна. Впервые исследована нейтрализация щелочных многокомпонентных сточных вод производств основного органического и нефтехимического синтеза диоксидом углерода. Получены новые экспериментальные данные адсорбционной обработки многокомпонентных стоков с использованием промышленного отхода - отработанного перлита. Экспериментально установлены оптимальные параметры нейтрализации щелочных сточных вод производств основного органического и нефтехимического синтеза диоксидом углерода и разработана оригинальная математическая модель указанного процесса

Практическая значимость работы. Разработан технологически обоснованный способ обезвреживания многокомпонентных щелочных сточных вод с целью их оптимальной подготовки к последующей биологической очистке, при этом эффективно заменяющий и дополняющий традиционные способы обработки промышленных стоков.

Проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод на ОАО «Ка-заньоргсинтез». При этом суммарный'экономический эффект от внедрения на предприятии предлагаемой технологии нейтрализации с учетом капитальных и эксплуатационные затрат, а также предотвращенного экологического ущерба составит около 20 млн. руб/год.

Предложен способ использования отхода производства разделения воздуха - отработанного перлита в качестве эффективного адсорбента токсичных и биорезистентных загрязнителей многокомпонентных сточных вод.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: IV Межрегиональной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009), Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения: XIII Международная конференция молодых ученых, студентов и аспирантов (Казань, 2009), УШ Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2010).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 6 статьях (из них 4 статьи в ведущих рецензируемых журна-

лах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских диссертаций) и 2 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка, включающего 124 наименования. Работа проиллюстрирована 25 рисунками и 18 таблицами. Приложение занимает 2 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, определены цели работы и поставлены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленных целей, раскрыты научная новизна и практическая значимость исследований, приведена общая характеристика работы.

В обзоре литературы выполнен анализ текущего состояния проблемы очистки щелочных многокомпонентных сточных вод производств основного органического и нефтехимического синтеза. Проанализированы основные источники образования локальных потоков концентрированных сточных вод различных крупнотоннажных процессов рассматриваемой отрасли промышленности и способы их обезвреживания.

В силу ряда объективных причин, на локальных очистных установках непосредственно после соответствующих технологических производств в большинстве случаев не удается стабильно достигать требуемого качества очистки отдельных потоков сточных вод, которое обеспечивало бы эффективную и стабильную работу общезаводских биологический очистных сооружений с обеспечением современных требований к очищенным стокам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйсгвенного назначения. Поэтому обеспечение максимальной окислительной мощности очистных сооружений промышленных предприятий, представляющих собой составную часть водоохранного комплекса, имеет первостепенное значение и решение этой задачи становится возможным только при использовании комплексного подхода, включающего в себя анализ работы как очистных сооружений, так и промышленного' предприятия в целом. Стадия биохимического окисления загрязняющих компонентов имеет, конечно же, важнейшее значение, однако, её возможности объективно ограничены. Поэтому глубина очистки сточных вод и стабильность эксплуатации очистных сооружений в целом напрямую зависит от степени нивелирования в сточных водах комплекса возмущающих факторов, обусловленных производственной деятельностью, ещё до стадии их биологической обработки.

Характеристика объекта исследований. Мониторинг загрязняющих веществ сточных вод

Основным объектом исследования в работе являлись многокомпонентные щелочные производственные сточные воды ОАО «Казаньоргсинтез»,

поступающие на очистные сооружения предприятия.

Наиболее значимыми с точки зрения водопотребления и образования значительного количества концентрированных локальных потоков сточных вод являются следующие крупнотоннажные производства:

- производство этилена-пропилена (сернисто-щелочные стоки);

- производство окиси этилена и её производных - гликолей и оксиэти-лированных ПАб (сточные воды с содержанием гликолей и неионогенных СПАВ);

- производство фенола и продуктов его глубокой переработки (фенолсо-держащие стоки).

Проведенный в течение 3 лет мониторинг поступающих на биологические очистные сооружения щелочных многокомпонентных сточных вод позволил выявить ряд закономерностей и тенденций. Характерным признаком стоков является их выраженный щелочной характер - рН достигает 12 единиц, а щелочность может колебаться в широком диапазоне - от 5 до 100 мг-экв/дм3 (в основном находится в пределах 5-10 мг-экв/дм3), что обусловлено широким использованием в различных производственных процессах раствора НаОН. Данное обстоятельство не позволяет направить сточные воды на биологическую, очистку без их предварительной нейтрализации до приемлемых для микроорганизмов значений рН, что в настоящее время производится концентрированной серной кислотой. Ещё одной особенностью очистных сооружений является также одновременное поступление в составе сточных вод органических веществ различных классов - гликолей, фенолов и оксиэтилированных синтетических ПАВ. Различная скорость их биохимического окисления является одним из основных факторов, влияющим на скорость и глубину очистки сточных вод, а «залповые» сбросы этих компонентов мо1уг нарушить стабильность работы сооружений биоочистки на длительное время. При этом наиболее биорезистентным компонентом сточных вод являются оксиэтилированные синтетические ПАВ, имеющие неионоген-ный характер. Результаты мониторинга по экологически значимым и нормированным природоохранными органами загрязнениям сточных вод показывают, что проблемы высокого рН стоков, их периодических «залповых» сбросов с технологических производств, а также одновременного содержания в них органических соединений различных классов сохранят свою актуальность в обозримом будущем.

Исследование нейтрализации щелочных многокомпонентных стоков

Проведено сравнительное исследование нейтрализации щелочных многокомпонентных сточных вод концентрированной серной кислотой и газообразным диоксидом углерода на специально смонтированной пилотной установке, схема которой приведена на рисунке 1.

Перемешивающее рН-метр

Рисунок 1 - Принципиальная схема пилотной установки

В экспериментах был использован газообразный диоксид углерода (С02) в соответствии с ГОСТ 8050-85. Диоксид углерода - не взрывоопасный и нетоксичный газ без цвета и запаха плотностью 1,829 кг/м3 при температуре 20°С ^и давлении 1 бар. Выбор газообразного С02 в качестве потенциального нейтрализатора был обусловлен прежде всего тем, что соли угольной кислоты - карбонаты и бикарбонаты - представляют собой меньшую опасность для природных водоприемников по сравнению с сульфатами, образующимися при нейтрализации серной кислотой. Не окисляясь биологическим путем в азротенках и практически не претерпевая каких-либо изменений суггьфаты транзитом проходят через систему биологической очистки. Опасность сульфатов для экосистем природных водоемов заключается в том, что в результате жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий они могут восстанавливаться до сероводорода и сульфидов, которые чрезвычайно токсичны для гидробионтов. В отличие от сульфатов, угольная кислота в форме бикарбоната НСОэ" ассимилируется некоторыми бактериями активного ила. Кроме того, сам газообразный диоксид углерода по сравнению с концентрированной серной кислотой (вещество 2 класса опасности) является малоопасным веществом (4 класс опасности) и как реагент представляет собой существенно меньшую потенциальную угрозу для обслуживающего персонала и окружающей среды.

Как видно из рисунка, экспериментальные кривые нейтрализации сточных вод газообразным диоксидом углерода имеют более пологий характер с незначительным перегибом в области рН .8,2 - 8,4. Й соответствии с теорией углекислотаого равновесия в воде именно при этих значениях рН наблюдается максимальное содержание гидрокарбонатов (до 98% всех соединений угольной кислоты). Скорость снижения рН при дальнейшем добавлении диоксида углерода после точки перегиба примерно такая же, как и до неё. В этой области (рН менее 8,2 -8,4) увеличивается доля свободной угольной кислоты, а доля гидрокарбонатов уменьшается. Интересно отметить, что даже при введении диоксида углерода в относительно больших количествах (до 500 мг/дм3) не наблюдалось снижения рН менее 5,8. С технологической точки зрения это означает, что применение С02 практически исключает возможность особенно опасного для микроорганизмов активного ила «закисления» стоков, что при нейтрализации серной кислотой иногда имеет место вследствие неполадок регулирующей арматуры или так называемого «человеческого фактора». Кроме того, пологий характер кривой нейтрализации газообразным диоксидом углерода означает возможность гибкого регулирования промышленного процесса, то есть С02 является реагентом, обеспечивающим стабильное достижение и поддержание оптимального значения рН стоков для их дальнейшей биологической очистки.

При нейтрализации серной кислотой в начальный период рН снижается сравнительно медленно, однако далее наблюдается существенно более резкое снижение рН. Другими словами, в наиболее значимой для последующей биологической очистки области рН нейтрализация серной кислотой затруднена, так как даже незначительное увеличение её концентрации в растворе приводит к резкому снижению рН, что может оказать выраженное негативное влияние на экосистему активного ила. Опыты показывают также, что с целью рационального использования газообразного диоксида углерода нейтрализацию целесообразно вести до рН 8,2 - 8,4. В соответствии с полученными данными расход С02, необходимый для доведения рН до этих значений, на 15 - 20 % ниже, чем расход серной кислоты при тех же условиях.

Результаты эксперимента, показывающие изменения в солевом составе сточных вод в результате их нейтрализации приведены в таблице 1.

Расход нейтрализатора, г/мЗ —•—С02 —*—H2S04 —*—H2SCX —•—C02

Рисунок 2 - Кривые нейтрализации сточных вод А - сток №1, Б - сток №2

Таблица 1

Изменение солевого баланса в ходе нейтрализации

№ Определяемый показа- Результаты анализов

тель Исходное ' Нейтрализа- Нейтрализа-

значение ция С02 ция н2 so4

1 рН 11,7 8,2 8,2

2 Карбонаты, мг/дм3 306 9 ^ 1 ' 12

3 Гидрокарбонаты, мг/дм3 27,4 622,0 256,2

4 Сульфаты, мг/дм"1 73,8 51,0 267,1

5 Сульфиды, мг/дм3 2 Менее 0,25 Менее 0,25

6 Сухой остаток, мг/дм3 656 708 777

7 Щелочность, мг-экв/дм3 8,4 8,5 2,0

Как видно из представленных данных, как нейтрализация диоксидом углерода, так и нейтрализация серной кислотой до рН 8,2 приводит к переходу практически всех карбонатов в гидрокарбонаты, что хорошо согласуется с теорией углекислотного равновесия в воде. Суммарное содержание карбонатов и гидрокарбонатов после нейтрализации диоксидом углерода выше, чем их суммарное содержание до нейтрализации. Это косвенно доказывает, что диспергируемый в сточную воду С02действительно вступает в реакцию по схеме:

2№ОН + СО 2 КагСОз +Н20 (^

кз

К'агСОз + С02 + 2ЫаНСОз

4 (2) Из таблицы видно также, что после нейтрализации диоксидом углерода щелочность (буферная емкость) сточной воды сохраняется на том же уровне, что и до нейтрализации, в то время как нейтрализация серной кислотой приводит к уменьшению щелочности более чем в четыре раза.

Результаты опытов по определению влияния нейтрализации щелочных стоков на их ХПК представлены на рисунке 3. Из графических материалов видно, что однозначной тенденции изменения содержания кислородпотреб-ляющих веществ в ходе нейтрализации не выявлено. Предположительно, это объясняется вариабельностью качественного состава стоков в разные периоды времени. Тем не менее, можно отметить, что во всех опытах ХПК после нейтрализации диоксидом углерода, по крайней мере, не выше (а в большинстве случаев и ниже), чем ХПК после нейтрализации серной кислотой.

Это позволяет утверждать, что внедрение СОз в качестве нейтрализующего агента не приведет к увеличению ХПК сточной воды по сравнению с

Heftrp-й H2SO*

■ C№itnq3

юпытыдз

существующим в настоящее время способом нейтрализации серной кислотой.

Принимая во внимание, что качество сточных вод невозможно оценивать только по результатам химических* анализов и необходимо также проводить и биологический анализ, ещё одной целью исследований была сравнительная оценка токсичности сточных вод после их нейтрализации серной кислотой и диоксидом углерода. Результаты экспериментов, проведенных на тест-объекте Paramecium caudatum приведены в таблице 2.

Таблица 2

Изменение токсичности сточных вод при их нейтрализации

Рисунок 3 - Изменение ХПК сточных вод

№ опы та Токсичность после нейтрализации серной кислотой, % Токсичность после нейтрализации диоксидом углерода, %

Сток №1 Сток №2 Сток№1 Сток №2

1 40 24 34 20

2 36 45 30 45

3 20 36 20 30

4 32 30 J- 26 22

5 28 40 20 32

В большинстве опытов токсичность после нейтрализации диоксидом углерода несколько ниже, чем после нейтрализации серной кислотой. Вероятной причиной этого является более высокая щелочность сточных вод после обработки С02, что способствует некоторому снижению интенсивности токсического воздействия стоков на биологические тест-организмы. Это предположение подтверждается данными некоторых зарубежных источников о положительном влиянии запаса щелочности (буферной емкости) на экосистему аэротенков очистных сооружений. Полученные результаты также служат косвенным доказательством того, что при нейтрализации с помощью С02 не образуется других конечных или промежуточных соединений с большей токсичностью. Таким образом, диоксид углерода по сравнению с серной кислотой является более предпочтительным реагентом с точки зрения влияния нейтрализации на жизнедеятельность и активность микроорганизмов активного ила на последующей стадии биологической очистки.

Математическое описание нейтрализации сточных вод диоксином углерода С целью идентификации констант скоростей химических реакций и определения оптимальных параметров процесса нейтрализации построена его математическая модель. При построении модели приняты следующие допущения:

- растворение диоксида углерода происходит мгновенно и в полном объеме;

- реакция по уравнению (1) происходит наиболее максимально полно и необратимо;

- порядок реакций по веществам принимается первым;

- реакции гомогенные.

Обозначив А, - СОъ А, - ИаОН, А, - Ш2С03, А4 - Н20, А, - МаНС03 уравнения (1) и (2) можно записать в виде:

-А,-2А, + А3 + А4 = 0 (3)

-А}-А1-А4+2А5 = 0 (4)

Обозначив степень полноты реакций через*,их} получим: С л, " С 4, - -Сл.-С^- 2*1

Сл. = + С л ' СЛя + 2х}

Дифференциальные уравнения кинетики запишутся в виде; &

. л

(5)

(6)

По уравнениям реакций определяется целевая функция, которой является критерий адекватности:

Р=Х(рНэ'га1"РНрзсч) т'п

время, се« I ЛоС жп — ЛоС рос

• 77оСисй _27оС(»ст « ЛоСжя —ЛвСра« » 57оСж" —17оСрс>

Рисунок 4 - Кинетика изменения рН в процессе нейтрализации

(7)

Далее находятся концентрации гидроксил-ионов, взаимодействующих с диоксидом углерода. Затем из ионного произведения воды рассчитываются концентрации протонов и рН. Результаты моделирования представлены на рис. 4. Решение математической модели позволило идентифицировать константы скоростей протекания химических реакций в процессе нейтрализации щелочных стоков диоксидом углерода при различных температурах.

С целью определения полноты использования диоксида углерода, подаваемого на нейтрализацию щелочных стоков, был произведен расчет площади поверхности массобмена газа и жидкости, а также времени существования отдельного пузырька газа до его полного растворения в жидкости. Расчетная суммарная поверхность массообмена в заданных условиях превышает теоретически необходимую расчетную площадь более чем в 1,6 раза, а расчетное время растворения пузырька диоксида углерода в 2 раза меньше времени существования пузырька, вычисленного на основании скорости его подъема и высоты столба жидкости в промышленном сооружении для нейтрализации. Проведенные расчеты позволяют утверждать, что диоксид углерода будет абсорбироваться сточной водой полностью, т.е возможность вторичного загрязнения окружающей среды непрореагировавшим газообразным С02 исключена.

Опытно-промышленные испытания нейтрализации сточных вод диоксидом углерода

Для проведения опытно-промышленного эксперимента была смонтирована специальная система, состоящая из 40-литрового баллона с диоксидом углерода с установленным на нем регулятором расхода. Для обеспечения мелкопузырчатого диспергирования С02 в стоки были использованы полимерные бар-ботажные трубы, аналогичные применяемым в настоящее время для подачи воздуха в аэротенки. Диоксид углерода подавался в объеме 0,9 м3 /час (или около 1,7 кг/час). Требуемый расход щелочных стоков с рН 10,2 - 10,4 был установлен на основании расходного коэффициента, полученного в лабораторных опытах и составлял 12 м3/час. рН нейтрализованных стоков согласно показаниям промышленного рН-метра в среднем был равен 7,8 - 8,0. Таким образом, расходный коэффициент диоксида углерода составил около 140 г/м\ что хорошо коррелирует с результатами лабораторных испытаний. Учитывая, что для биологической очистки приемлем болеб высокий диапазон рН - 8,2 - 8,4, можно рассчитывать на некоторое снижение расходного коэффициента диоксида углерода после начала использования данного способа.

Внедрение в производство нейтрализации щелочных стоков диоксидом углерода позволит решить как экологическую, так и технологическую задачи, а также будет способствовать повышению уровня промышленной безопасности.

Исследование адсорбционного равновесия для многокомпонентных

сточных вод

На следующем этапе работы было проведено исследование возможности использования адсорбционного метода очистки для предочистки многокомпонентных сточных вод перед их биологической очисткой. При этом наряду с традиционным активным углем был рассмотрен новый материал - отработанный перлит, обладающий высокой пористостью и являющийся отходом производства технических газов методом низкотемпературной ректификации.

-ntjm УАФ

Рисунок 5 - Изотермы адсорбции фенола

О 100 200 300 400 500 600 ■ ■ Ср, кп'п -*-Перит-*-УАФ

Рисунок 6 - Изотермы адсорбции н-СПАВ

-»-УАФ -*-Пертт

Рисунок 7 - Изотермы адсорбции этиленгликоля

Перлитами называют природный материал, породу, представляющую из себя вулканическое стекло, в состав которого входят: БЮз до 70 - 75%, А1203 до 12 - 14% , а также другие оксиды - №0, К20, Ре20з, СаО, 1^0. Отличительной особенностью перлитовой породы является содержание в ней связанной воды (до 5%), которая при резком термоударном нагреве до температур 1100-1150°С испаряется, вследствие чего и образуется множество пор. Пористость вспученного перлита достигает 85 - 90%, а удельная поверхность - 5-Ю5 м2/кг. Размер пор перлита в основном составляет 0,5-10 мкм, при этом поры радиусом менее 1 мкм составляют не более 5 - 7% от объема. Наиболее крупные поры, преимущественно сферической формы, могут достигать 50 -200 мкм. Перлит содержит также некоторое количество микропор размерами до 0,8 нм, которые представляют собой очень тонкие каналы, связывающие более широкие полости. В целом перлит характеризуется высокой устойчивостью к механическим нагрузкам и химическому разрушению.

Были исследованы и проанализированы сорбционные характеристики активированного угля УАФ и вспученного перлита. Изотермы адсорбции (рис. 5 - 7), являющиеся источником информации о структуре адсорбента, тепловом эффекте адсорбции и ряде других физико-химических и технологических характеристик, построены по поглощению названными адсорбционными материалами • характерных компонентов сточных вод, а именно моноэтиленгликоля, фенола и н-СПАВ из их модельных растворов.

Адсорбция фенола на перлите характеризуется, по классификации Гильса изотермой типа 84, то есть взаимодействие между

адсорбированными молекулами больше силы взаимодействия между растворенным веществом и адсорбентом. Наличие начального пологого участка, характерного для изотерм этого типа, свидетельствует о присутствии небольшого количества микропор, то есть перлит содержат преимущественно мезопоры и макропоры. Второе плато на изотермах 4 подгруппы может бьггь связано с изменением ориентации молекул адсорбируемого вещества или с образованием второго слоя. В соответствии с классификацией Брунаэра, Эм-мета и Теллера (БЭТ) начальный участок изотермы адсорбции (до равновесной концентрации 300 мг/дм3) можно отнести к V типу, который также описывает сильное межмолекулярное взаимодействие в веществе адсорбата.

Изотерма адсорбции этиленпликоля на перлите по классификации Гильса относится к S3 типу. Начальный пологий участок изотермы адсорбции свидетельствует о наличии небольшого количества микропор, участок наблюдается до равновесной концентрации ~ 100 мг/дм3. По классификации БЭТ изотерма адсорбции этиленгаииэля на перлите относится V типу, т.е. также свидетельствует о сильном межмолекулярном взаимодействии в веществе адсорбата.

В отличие от фенола и гпиколей, адсорбция н-СПАВ на перлите по классификации Гильса характеризуется изотермой типа L3 и имеет более выпуклый характер, что свидетельствует о хорошей сорбируемости данного компонента сточных вод. Дальнейший ход кривых определяют полимолекулярная адсорбция и капиллярная конденсация. По классификации БЭТ изотерма адсорбции н-СПАВ на перлите соответствуют в большей степени IV типу, группе «а». Это характеризует исследуемый адсорбент как вещество со смешанной структурой пор.

Таким образом, по полученным изотермам адсорбции можно сделать вывод, что перлит является сорбционным материалом с развитой поверхностью, способным адсорбировать органические загрязнения сточной воды, хотя и уступает в этом отношении УАФ (все изотермы адсорбции на УАФ относятся к L-типу по классификации Гильса). При этом н-СПАВ имеет большее сорбционное сродство к перлиту, чем фенол и этиленгликоль, что хорошо согласуется с литературными данными о свойствах природных минеральных сорбентов.

Исследование кинетики и динамики адсорбции компонентов сточных вод

Результаты экспериментов по адсорбции перлитом фенола, этиленпликоля и н-СПАВ из их модельных однокомпонентных растворов в кинетических услрвиях представлены в таблице 3. По табличным данным видно, что эффективность очистки с использованием перлита составляет по фенолу 62 %, по этиленгли-колю 65 % и по н-СПАВ 83 %, что несколько уступает аналогичным показателям по адсорбции на УАФ.

Таблица 3

№ Адсорбция фенола Адсорбция зтиленгли-коля Адсорбция н-СПАВ

Исходная концентрация, мг/дм' Степень* удаления, % Исходная концентрация, мг/дм3 Степень удаления, % Исходная концентрация, мг/дм5 Степень * удаления, %

1 60 62 250 65 100 83

2 60 80 250 74 100 87

1-перлит, 2-УАФ. Концентрация адсорбента-2,5 г/дм

4,5]

4 3.5 3

I 2.5

5 2

о"

1

0.5 • 0' •0.5'

15

Т, 1 .

„ Рисунок 8 - Кинетика адсорбции загрязняющих компонентов из сточной воды

Кинетические эксперименты по исследованию адсорбции перлитом той же концентрации загрязняющих компонентов реального многокомпонентного производственного стока также показали, что перлит обладает наибольшим сродством к н-СПАВ.

Из рисунка 8 видно, что в первые 3 часа их концентрация понижается практически до нуля, а конечная степень очистки через 24 ч составляет 90 %. Худшие результаты имеют этиленшиюль и фенол, где эффективность очистки не превышает 29 % для зтиленггшколя, а для фенола - 23 %. Очевидно, обладающие лучшим сродством к перлиту молекулы н-СПАВ занимают большинство доступных пор в адсорбенте, что ухуцшает сорбцию других загрязняющих компонентов. Таким образом, • кинетические эксперименты с реальным многокомпонентным стоком в целом подтверждают результаты, которые можно было бы ожидать исходя из изотерм адсорбции отдельных компонентов. Серия экспериментов с концентрацией адсорбента 5 г/дм3 показала, что кинетические кривые имеют схожий характер, при этом существенного роста адсорбции не наблюдалось - увеличение степени очистки для всех трех компонентов было в пределах 10%.

Анализ результатов динамических экспериментов на пилотной установке с временем пребывания сточной воды 2 часа показал, что перлит обладает лучшими сорбционными свойствами по отношению к н-СПАВ — степень очистки 89 %, хуже адсорбирует фенол - степень очистки 62 %, и на последнем месте по степени сорбции находится этиленптиколь - степень очистки

22 % (рис. 9 - 11). Этот эмпирический результат опытов представляет особый интерес, так как кинетические эксперименты не позволяли надеяться на столь глубокое извлечение фенолов из реальной сточной жидкости в динамических условиях. Очевидно, это объясняется различным протека--еип-мп. нием сорбционных процессов

Рисунок9-Адсорбционнаяочистка индивидуальных компонентов из

сточной воды от фенола в многокомпонентной смеси в ста-дииамических условиях тических и динамических условиях. Интересно отметить, что порядок расположения загрязняющих компонентов (гликолей, фенолов и н-СПАВ) по их адсорбционному сродству к перлиту в динамических условиях сорбции из реальной сточной жидкости прямо противоположен порядку, в котором располагаются эти компоненты по скорости их биологического окисления активным илом, что подтверждает известное правило - «лучше сорбируются те соединения, которые хуже окисляются биологически» и что биологическая очистка и адсорбционная обработка сточных вод хорошо дополняют друг друга.

1,<

U

я 1

S g и

г 15

о" V

ог

0

О А 8 12 15 20 » 28 32 7,ч

Рисунок 10-Адсорбционная очистка сточной воды от н-СПАВ в динамических условиях

£ 'А о У

г 1

о 4———,-,-,-г—1—■-.-.

О 4 ! 12 « 20 24 Я Я 1,1

-тип -*-шщ.

Рисунок 11 - Адсорбционная очистка сточной воды от этиленгпиколя в динамических условиях

Полученные эмпирические данные, что перлит действительно обладает адсорбционными свойствами по отношению к загрязнениям сточной воды, подтверждаются результатами экспериментов по ХПК и токсичности. Степень очистки по ХПК при адсорбции стоков на перлите составила к 8 часам динамического эксперимента 40 %, а токсичность для тест-объектов Paramecium caudatum также снизилась на 34 %.

Концентрация першга, (/дмЭ а Нач. ОКон.

Рисунок 12 - Эффективность адсорбции при смоделированных «залповых» сбросах н-СПАВ

На следующем этапе было проведено исследование целесообразности использования адсорбционного метода очистки для решения задачи нивелирования последствий «залповых» сбросов на очистные сооружения биорезистентных и токсичных компонентов. Для моделирования «залпа» использовали раствор проксанола, являющегося представителем н-СПАВ.

Результаты серии экспериментов (рисунок 12) показали, что наибольшая эффективность адсорбционной очистки достигается при концентрации перлита, равной 2,5 г/дм3, а в среднем степень снижения концентрации н-СПАВ составляет 30 %. В целом эксперименты подтверждают целесообразность использования перлита для нивелирования возмущающего фактора- залпового сброса н-СПАВ, что позволит повысить устойчивость работы биологических очистных сооружений. Актуальность решения задачи максимально полного удаления оксиэтилированных н-СПАВ до стадии биохимического обезвреживания обусловлена также и тем, что некоторые промежуточные продукты их биологической деструкции нередко более токсичны, чем сами исходные н-СПАВ.

Экспериментальные результаты подтверждают также, что адсорбция на перлите приводит к снижению токсичности обрабатываемых сточных вод (рисунок 13). Это будет способствовать повышению метаболической активности микрофлоры активного ила на последующем этапе биологической очистки, и, соответственно, увеличению окислительной мощности биологических очистных сооружений в целом. Можно отметить также, что степень снижения токсичности сточных вод за счет адсорбции на перлите увеличивается с уменьшением начальной токсичности. В соответствии с графическими данными наиболее эффективно использование перлита с концентрацией 1,5 - 2,5 г/дм3.

1 1.5 2 2,5

Концентрация пгрпкта, 0дмЗ Начальная токсичность, %: 3100 Я 55 049

Рисунок 13 - Снижение токсичности стоков при их адсорбции иа перлите

Технико-экономическая эффективность предлагаемых решений

Проведенные расчеты показывают экономическую целесообразность внедрения предлагаемой технологии нейтрализации щелочных сточных вод газообразным диоксидом углерода. В частности, предотвращенный экологический ущерб составит более 17 млн. руб./шд, а экономия сырьевых и энергетических ресурсов -около 2 млн. рубУгод. При этом первоначальные капитальные заграты в объеме 3 млн. рублей позволят реализовать этот проект крупным промышленным предприятиям, имеющим собственное производство диоксида угаерода, за счет собственных средств.

, Кроме предотвращенного экологического ущерба и годовой экономии эксплуатационных затрат был проведен также расчет таких ключевых финансово-экономических индикаторов, как чистая прибыль, чистый доход и чистый дисконтированный доход за расчетный период и срок окупаемости. Эта показатели доказывают инвестиционную привлекательность предлагаемых решений, даже если рассматривать их исключительно с позиции коммерческого проекта.

Выводы

1. На основании данных мониторинга состава и концентрации примесей многокомпонентных щелочных сточных вод и последующих экспериментальных исследований доказано, что использование газообразного диоксида углерода в качестве альтернативного нейтрализующего агента будет способствовать созданию благоприятных условий для последующей биологической очистки сточных вод.

2. Показано, н-то замена используемой в настоящее время серной; кислоты на диоксид углерода позволит исключить вторичное загрязнение очищаемой сточной воды сульфатами, а также снизит объемы хранения и потребления опасного вещества 2 класса - концентрированной серной кислоты.

3. На основании результатов''опытно-промышленных испытаний доказана возможность внедрения нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода на действующих очистных сооружениях, без существенных капитальных вложений.

4. Суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии нейтрализации с учетом капитальных и эксплуатационных затрат, а также предотвращенного экологического ущерба, составит около 20 млн. руб/год.

5. Для выявления теоретических закономерностей построена оригинальная математическая модель нейтрализации диоксидом углерода щелочных сточных вод и выполнена её программная реализация. Относительная погрешность результатов моделирования и экспериментальных данных составила 3 - 4 %.

6. На основании расчетов абсорбции газообразного диоксида углерода показано, что поверхность массообмена превышает теоретически необходимую более чем в 1,6 раза, а время растворения пузырька газа в 2 раза

меньше времени его существования. Таким образом, можно утверждать, что будет использоваться весь объем С02, то есть исключается возможность вторичного загрязнения окружающей среды.

7. Экспериментально показана целесообразность использования промышленного отхода - отработанного перлита для адсорбции экотоксикантов и биорезистентных соединений, например н-СПАВ, из многокомпонентных сточных вод перед их биологической очисткой в периоды «залповых» сбросов.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

1. Баширов P.P. Исследование нейтрализации щелочных сточных вод предприятия основного органического синтеза углекислым газом / P.P. Баширов, P.P. Гафуров, И.Р. Мухаметшин, М.В. Шулаев // Журнал экологии и промышленной безопасности (Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии) №3-4. По матер. ÍV Межрег. конф. «Пром. экология и безопасность». - Казань: Изд-во «Экоцентр», 2009.-С. 13-15.

2. Шулаев М.В. Исследование адсорбционной очистки промышленных сточных вод крупного нефтехимического предприятия с применением промышленного отхода - отработанного перлита / М.В. Шулаев, P.P. Баширов, В.М. Емельянов, Р.Р. Гафуров// Журнал экологии и промышленной безопасности (Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии) №3-4. По матер. IV Межрег. конф. «Пром. экология и безопасность». -Казань: Изд-во «Экоцентр», 2009. - С. 138 — 139.

3. Шулаев М.В. Исследование адсорбционной очистки сточных вод производства органического синтеза с использованием промышленного отхода перлита / М.В. Шулаев, P.P. Баширов, В.М. Емельянов II Башкирский химический журнал. - 2009. - Т. 16, №3. - С. 23 - 30.

4. Баширов P.P. Перспективы биосорбционной очистки многокомпонентных сточных вод производств основного органического и нефтехимического синтеза / Р.Р.Баширов, И.Р. Мухаметшин, М.В. Шулаев, В.М. Емельянов // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолек. соединений - V Кирпичниковские чтения: Тез. докл. ХШ Междунар. конф. молод, учен., студ.и асп. - Казань: Изд-во КГТУ, 2009. -С. 340.

5. Баширов P.P. Перспективы использования углекислого газа для нейтрализации щелочных производственных сточных вод / Р.Р.Баширов, P.P. Гафуров, И.Р. Мухаметшин, М.В. Шулаев // Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России: Тез. докл. VIII Всероссийской научно-технической конференции, часть 2. - Москва: Изд-во РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010. -С. 134-135.

6. Баширов P.P. Исследование адсорбционных свойств промышленного

отхода - отработанного перлита / М.В. Шулаев, P.P. Баширов, В.М. Емельянов'// Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2010. -т. 53, №3. - С. 59 - 62.

7. Баширов P.P. Исследование нейтрализации щелочных сточных вод производств основного органического синтеза углекислым газом / P.P. Баширов, P.P. Гафуров, И.Р. Мухаметшин, М.В. Шулаев // Химическая промышленность сегодня. -2010.-№3. - С. 44-51.

8. Баширов P.P. Математическое моделирование процесса нейтрализации щелочных производственных сточных вод газообразным диоксидом углерода / М.В. Шулаев, P.P. Баширов. И.Р. Мухаметшин, P.P. Гафуров, С.А. Понкратова, Г.А. Гадельшина, E.H. Нуруллина // Вода: химия и экология. - 2010.-№8. - С. 46-50.

Соискатель

Заказ №

Тираж экз.

Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета 420015, г. Казань, ул.К. Маркса, 68

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Баширов, Радик Робертович

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Сточные воды производств основного органического и нефтехимического синтеза — источники образования, состав стоков и их обезвреживание ^

1.1.1. Сернисто-щелочные стоки производств этилена-пропилена и методы их очистки

1.1.2. Очистка сточных вод синтеза окиси этилена и её производных-этиленгликолей и оксиэтилированных поверхностно-активных веществ

1.1.3. Обезвреживание концентрированных фенолсодержащих стоков

1.2. Многокомпонентные производственные сточные воды -характеристика и особенности их очистки

1.2.1. Классификация производственных сточных вод

1.2.2. Биохимическая очистка многокомпонентных стоков -особенности и условия успешной реализации

1.3. Предочистка многокомпонентных производственных сточных вод механическими, химическими и физико-химическими способами

1.3.1. Озонирование сточных вод

1.3.2. Очистка стоков фильтрованием

1.3.3. Очистка сточных вод адсорбцией

1.3.4. Нейтрализация сточных вод

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1. Характеристика объектов исследования

2.2. Мониторинг загрязняющих веществ сточных вод

2.3. Характеристика нейтрализующих материалов 66 2.4 Характеристика адсорбционных материалов

2.5. Характеристика эксплуатируемых биообъектов

2.6. Методики проведения экспериментов 77 2.6.1. Лабораторные исследования нейтрализации сточных вод

2.6.2. Лабораторные исследования адсорбционной очистки сточных вод 79 2.7. Методы статистической обработки результатов экспериментов и математического моделирования

Глава 3. Исследование нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода

3.1. Лабораторные исследования нейтрализации на пилотной установке

3.2. Опытно-промышленные испытания нейтрализации диоксидом углерода

3.3. Аппаратурно-технологическое оформление промышленного процесса нейтрализации

3.4. Математическое описание нейтрализации сточных вод 98 3.4.1. Расчет абсорбции газообразного диоксида углерода

Глава 4. Исследование адсорбционной обработки многокомпонентных сточных вод

4.1. Исследование сорбционных свойств адсорбционных материалов

4.2. Исследование кинетики адсорбционной обработки

4.3. Исследование динамики адсорбционной обработки

4.4. Эффективность адсорбционной обработки перлитом при «залповых» сбросах 12-

Глава 5. Технико-экономическая эффективность внедрения нейтрализации щелочных стоков диоксидом углерода

5.1. Расчёт предотвращенного экологического ущерба при использовании диоксида углерода для нейтрализации

5.2. Определение показателя энерго-ресурсосбережения

5.3. Оценка капитальных затрат и инвестиционной привлекательности предлагаемых аппаратурно-технологических решений 130 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135 Библиографический список 137 Приложение

Введение Диссертация по биологии, на тему "Снижение экологической опасности многокомпонентных щелочных сточных вод предприятия органического синтеза с использованием ресурсосберегающих сорбционных методов"

Актуальность проблемы. Одной из особенностей крупных химических и нефтехимических комплексов в настоящее время является диверсификация производственной деятельности, выражающаяся в-расширении ассортимента и освоении новых видов выпускаемой продукции, а также вертикальная интеграция с целью обеспечения максимально возможной глубины переработки углеводородного сырья. Следствием данной стратегии развития, обусловленной необходимостью повышения конкурентоспособности предприятия в условиях постоянно меняющихся внешних экономических факторов, кроме всего прочего, является также усложнение качественного состава отходов производства, и, в частности, сточных вод. В результате на очистные сооружения промышленных предприятий поступают многокомпонентные и непостоянные по количеству" и качеству сточные воды. Эти стоки содержат различные классы органических соединений, нередко характеризующихся высокой токсичностью и биорезистентностью. Вдобавок к этому при смешении в общей канализационной сети предприятия сточных вод различных производств часто проявляется эффект синергии, что в некоторых случаях приводит к многократному повышению токсичности стоков. Поэтому при разработке концепции развития и реализации новых проектов реконструкции и модернизации производственных процессов всегда необходимо принимать во внимание проблему очистки сточных вод и необходимость поэтапного снижения отрицательного воздействия промышленных предприятий на природные водоприемники.

Очистка промышленных сточных вод химических и нефтехимических предприятий представляет собой сложную научно-техническую и технолого-инженерную задачу, особенно, учитывая всё возрастающие требования к глубине очистки от специфичных компонентов, представляющих повышенную опасность для гидробионтов водоемов рыбохозяйственного назначения. Попадание этих загрязнителей в водоемы сопровождается перестройкой биоценоза и приводит к нарушению экологического равновесия. Традиционные очистные сооружения производственных сточных вод крупнотоннажных производств, в основной своей массе спроектированные и построенные в 60-80-х годах прошлого столетия, зачастую объективно не могут обеспечить выполнение современных требований к качеству очистки. Даже кратковременные залповые сбросы токсичных загрязнителей органической природы могут нарушить ход течения биохимических процессов в аэротенках на продолжительное время. Используемые на стадии физико-химической очистки реагенты (коагулянты, флокулянты, нейтрализаторы и т.п.) нередко приводят к вторичному загрязнению сточных вод и сами могут представлять повышенную экологическую и техногенную опасность. При этом в России установлены одни из самых жестких требований к качеству очистки сточных вод, например, ПДК летучих фенолов для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 0,001 мг/дм .

Всё это обуславливает актуальность и первостепенное значение решения задачи снижения экологической нагрузки от производственной деятельности промышленных предприятий, что в полной мере относится и к проблеме очистки сточных вод. С точки зрения экономической целесообразности необходимо изыскивать способы интенсификации очистки сточных вод на существующих очистных сооружениях, без значительных капитальных затрат.

В настоящей диссертационной работе исследована возможность и целесообразность внедрения ресурсосберегающих способов обезвреживания щелочных многокомпонентных сточных вод предприятий основного органического и нефтехимического синтеза для решения задачи оптимальной подготовки стоков к их последующей биологической очистке.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной программой «Эффективное потребление энергоресурсов» и программой «Энергоресурсоэффективность в Республике Татарстан на 2006-2010 г.г.».

Цель работы состоит в создании благоприятных условий для биоценозов очистных сооружений и снижении антропогенного воздействия на природные водоприемники на основании данных мониторинга состава и количества примесей многокомпонентных производственных сточных вод щелочного характера с разработкой ресурсосберегающих способов их обезвреживания.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение комплексного мониторинга состава и количества примесей многокомпонентных щелочных стоков, поступающих на очистные сооружения предприятия.

2. Исследование возможности и целесообразности использования газообразного диоксида углерода для нейтрализации щелочных стоков взамен используемой в настоящее время концентрированной серной кислоты.

3. Разработка технологической схемы для промышленного внедрения нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом' углерода.

4. Разработка и реализация алгоритмов математического описания исследуемых процессов.

5. Исследование адсорбционного метода очистки многокомпонентных сточных вод, в том числе при «залповых» поступлениях загрязняющих компонентов, с использованием в качестве адсорбента промышленного отхода — отработанного перлита.

Научная новизна

1. Впервые исследована нейтрализация щелочных многокомпонентных сточных вод производств основного органического и нефтехимического синтеза газообразным диоксидом углерода и экспериментально установлены оптимальные параметры процесса нейтрализации.

2. Разработана оригинальная математическая модель процесса нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода.

3. Получены новые экспериментальные данные адсорбционной обработки многокомпонентных стоков с использованием промышленного отхода — отработанного перлита.

Практическая значимость

1. Разработан технологически обоснованный способ обезвреживания многокомпонентных щелочных сточных вод с целью их оптимальной подготовки к последующей биологической очистке, эффективно заменяющий и дополняющий традиционные методы обработки промышленных стоков.

2. Проведены опытно-промышленные испытания разработанной, технологии нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез». При этом суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии нейтрализации с учетом капитальных и эксплуатационные затрат, а также предотвращенного экологического ущерба составит около 20 млн. руб/год.

3. Предложен способ использования отхода производства разделения воздуха - отработанного перлита в качестве эффективного адсорбента токсичных и биорезистентных загрязнителей многокомпонентных сточных вод.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: V Межрегиональной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009), XIII Международной конференция молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений — V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2010)

Публикации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 6 статьях и 2 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка, включающего 124 наименования. Работа проиллюстрирована 25 рисунками и 18 таблицами. Приложение занимает 2 страницы.

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Баширов, Радик Робертович

Выводы

1. На основании данных мониторинга состава и концентрации примесей многокомпонентных щелочных сточных вод и последующих экспериментальных исследований доказано, что использование газообразного диоксида углерода в качестве альтернативного нейтрализующего агента будет способствовать созданию благоприятных условий для последующей биологической очистки сточных вод.

2. Показано, что замена используемой в настоящее время серной кислоты на диоксид углерода позволит исключить вторичное загрязнение очищаемой сточной воды сульфатами, а также снизит объемы хранения и потребления опасного вещества 2 класса — концентрированной серной кислоты.

3. На основании результатов опытно-промышленных испытаний доказана возможность внедрения нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода на действующих очистных сооружениях, без существенных капитальных вложений.

4. Суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии нейтрализации с учетом капитальных и эксплуатационных затрат, а также предотвращенного экологического ущерба, составит около 20 млн. ру б/год.

5. Для выявления теоретических закономерностей построена оригинальная математическая модель нейтрализации диоксидом углерода щелочных сточных вод и выполнена её программная реализация. Относительная погрешность результатов моделирования и экспериментальных данных составила 3 - 4 %.

6. На основании расчетов абсорбции газообразного диоксида углерода показано, что поверхность массообмена превышает теоретически необходимую более чем в 1,6 раза, а время растворения пузырька газа в 2 раза меньше времени его существования. Таким образом, можно утверждать, что будет использоваться весь объем С02, то есть исключается возможность, вторичного загрязнения окружающей среды.

7. Экспериментально показана целесообразность использования промышленного отхода - отработанного перлита для адсорбции экотоксикантов и биорезистентных соединений, например н-СПАВ, из многокомпонентных сточных вод перед их биологической очисткой в периоды «залповых» сбросов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обеспечение максимальной окислительной мощности очистных сооружений промышленных предприятий, представляющих собой составную часть водоохранного комплекса, особенно в условиях расширения производственной деятельности и освоения новых видов выпускаемой продукции, имеет первостепенное значение и решение этой задачи становится возможным только при использовании комплексного подхода, включающего в себя анализ работы как очистных сооружений, так и промышленного ( предприятия в целом. Наличие в сточных водах биорезистентных и токсичных компонентов, а также широкий диапазон колебания их концентраций приводит к неустойчивой работе биологических очистных сооружений и формированию биоценоза активного ила, не обладающим достаточно высоким окислительным потенциалом. Стадия биохимического окисления загрязняющих компонентов имеет, конечно же, важнейшее значение, однако, её возможности объективно ограничены. Поэтому стабильность и глубина очистки сточных вод в целом напрямую зависит от степени нивелирования в сточных водах комплекса возмущающих факторов, обусловленных производственной деятельностью, ещё до стадии биологической обработки.

К основным выводам по результатам настоящей диссертации, направленной на решение важнейшей экологической задачи - снижение негативной нагрузки на окружающую среду от производственной деятельности крупных химических и нефтехимических комплексов, можно отнести следующие:

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Баширов, Радик Робертович, Казань

1. Ethylene. World petrochemical report Электронный ресурс./ SRI Consulting. Режим доступа: http://www.sriconsulting.com/WP /Public/Reports/ethylene/, свободный.

2. Абдрахимов Ю.Р. Основы промышленной экологии в нефтепереработкеи нефтехимии: учебное пособие / Ю.Р. Абдрахимов, P.P. Хабибуллин, A.A. Рахматуллина.Уфимский нефтяной институт, 1991.-137 с.

3. Ахмадуллина А.Г. Очистка сточных вод нефтеперерабатыващих заводов/

4. А.Г. Ахмадуллина, A.M. Мазгаров. В.Г. Пономарев, Э.Г. Иоакимис, И .Я. Монгайт. М.: Химия, 1985.-35с.

5. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко.— М.: Высшая школа, 1999.-527 с.

6. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды / Ю.И. Тарасевич. -Киев.: Наукова думка, 1981. -208 с.

7. Глизманенко Д.Л. Получение кислорода / Д.Л. Глизманенко. -М.; Химия, 1972. -752 с.

8. Наседкин В.В. Перлиты: Сборник статей / В.В.Наседкин, В.П.Петров и др. -М.: Наука, 1981.-296 с.

9. Кастальский Л А., Клячко В.А. Фильтры водоподготовительных установок / Л.А. Кастальский. В.А. Клячко. -М.: Госэнергоиздат, 1953. -270 с.

10. Крупа A.A. Комплексная переработка и использование перлитов / A.A. Крупа. -Киев.: Наукова думка, 1988. —20 с.

11. Акопян Г.А. К исследованию влияния режимов термообработки на свойства вспученного перлита. Вопросы применения перлита в строительстве / Г.А. Акопян. -Ереван: Айастан, 1964. -114 с.

12. Вишнякова Л.П. Противопригарные покрытия на водной основе для литья по газифицируемым моделям Электронный ресурс. / Л.П. Вишнякова, Н.П. Червинская. -Режим доступа: http://www.lityo.com.ua/li/s199.html, свободный.

13. Вспученный перлит Электронный ресурс. / ООО «Петроперлит». — Режим доступа: http://www.petroperl.m/cat/view.php?id0=8, свободный.

14. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники / Н.В. Кельцев. -М.: Химия, 1984.-591 с.

15. Морозов Н.В. Руководство к лабораторным занятиям по рекуперации вторичных материалов / Н.В.Морозов, Э.М.Бастанов. —КХТИ, 1980.

16. Falk SchonheiT. Verbesserung der Nitrifikation durch Stutzung der Saurekapazitaet / Falk Schonherr, Andreas Wecker, F. Wolfgang Gunthert und Norbert Weber // Wasser Abwasser GWF .-2007. -№9. -S. 637-644.

17. Kapp H. Zur Interpretation der Säurekapazität des Abwassers / H. Kapp // Wasser Abwasser GWF. -1983. -№3. -S. 127-130.

18. Жарков K.O. Рациональные схемы обеспечения техническими газами (кислородом, азотом, аргоном) потребителей экономических районов /

19. К.О. Жарков. -М.: НИИТЭХИМ, 1978. -28 с.

20. Холодное В.А. Системный анализ и принятие решений: Математическое моделирование и оптимизация объектов химической технологии / В.А. Холоднов и др.. -СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. -340 с.

21. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.Н. Носков. -Л.: Химия, 1964.-634 с.

22. Брагинский Л.Н. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод / Л.Н. Брагинский, М.А. Евилевич, В.И. Бегачев. -Л.: Химия, 1980.-144 с.

23. Попкович Г.С. Системы аэрации сточных вод / Г.С. Попкович, Б.Н* Репин. -М.: Стройиздат, 1986. -136 с.

24. Парфит Г. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел / Г. Парфит, К. Рочестер. -М.: Мир, 1986. 448 с.

25. Когановский A.M. Физико-химические методы очистки промышленных сточных вод от СПАВ / A.M. Когановский, H.A. Клеменко. -Киев: Наукова думка, 1974. -160 с.

26. Клименко H.A. Влияние продуктов деструкции неионогенных ПАВ на токсичность их водных растворов и эффективность биофильтрования на активном угле / H.A. Клименко, Н.Ф. Стародуб и др. // Химия и технология воды. -2007. -Т.29, №3. -С. 207-225.

27. Методика. Исчисление размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства / Приказ №87 от 13.04.2009. -М.: Министерство природных ресурсов и экологии, 2009.

28. Шапиро В.Д. управление проектами / В.Д. Шапиро и др.. -СПб.:ДваТрИ, 1996. -610 с.