Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Совместное обезвреживание сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, и щелочных стоков химических и нефтехимических производств

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Совместное обезвреживание сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, и щелочных стоков химических и нефтехимических производств"

На правах рукописи

МИНЛИГУЛОВА ГУЛЬНАРА АЛЕКСАНДРОВНА

СОВМЕСТНОЕ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, И ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ ХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

03.02.08 — Экология (в химии и нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 5 СЕН 2013

Казань - 2013

005532550

Работа выполнена на кафедре инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Шайхиев Ильдар Гильманович

Официальные оппоненты:

Зенитова Любовь Андреевна, доктор технических наук, профессор кафедры технологии синтетического каучука ФГБОУ ВПО «Казанский

национальный исследовательский технологический университет», г. Казань

Мелконян Рубен Гарегинович, доктор технических наук, профессор кафедры «Инженерная защита окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный

университет», г. Москва.

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов

Защита состоится «18» сентября 2013г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при Казанском национальном исследовательском технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68 , зал заседаний Ученого совета (А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета.

Ведущая организация:

Автореферат разослан «_

Ученый секретарь диссертационного совета

а

2013 года

Степанова Светлана Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время для очистки сточных вод (СВ), содержащих ионы тяжелых металлов (ИТМ), применяются в основном химические, физико-химические, физические методы. Несмотря на то, что объем стоков предприятий химической и нефтехимической промышленности относительно невелик по сравнению с количеством СВ других отраслей промышленности, они характеризуются сложным переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных загрязнений, поэтому данные методы не всегда обеспечивают очистку, достаточную для повторного использования воды.

Экономическое положение многих предприятий Российской Федерации, в настоящее время, не позволяет осуществить замену существующих технологий очистки стоков на более эффективные, но дорогостоящие, даже при понимании того, что эти вложения, с учетом повышения требований к качеству очистки, могут окупиться в последующие годы. В частности, на ЗАО «Челныводоканал» технология очистки СВ, содержащих ИТМ, не менялась с 1976 года.

Большая часть существующих технологий очистки СВ, содержащих ИТМ, связана с использованием химических соединений. Следовательно, исследования по поиску возможности замены дорогостоящих реагентов на отходы производства со сходными свойствами позволят усовершенствовать и удешевить процесс очистки.

Значительный интерес представляет изыскание возможности разработки и реализации процессов очистки СВ с использованием жидких отходов различных производств, при смешении которых, в зависимости от состава поллютантов, могут протекать реакции нейтрализации, окисления, восстановления, комплексообразования, проходить процессы коагуляции, флокуляции, хемосорбции с выделением продуктов взаимодействия примесей чаще всего в виде твердой дисперсной фазы. Установление закономерностей протекающих при этом процессов и разработка технических решений, позволяющих использовать физико-химические особенности стоков одних промышленных производств, для очистки СВ от других технологических процессов, является актуальной задачей. Исследования в области экологической безопасности производственных объектов позволит снизить техногенную нагрузку на открытые водные экосистемы от очистных сооружений предприятий химической и нефтехимической промышленности.

Цель работы. Обоснование возможности и установление механизма совместной очистки сточных вод, содержащих ИТМ, и щелочных стоков химических и нефтехимических производств, обеспечивающей снижение техногенной нагрузки на водные объекты.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи-.

1. Проведение экологического мониторинга загрязнения реки Кама в районе г. Набережные Челны ионами тяжелых металлов.

2. Определение закономерностей процесса совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и щелочных сточных вод различных химических и нефтехимических производств.

3. Исследование влияния различных факторов на эффективность процесса, и определение технологических параметров совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и стоков химических и нефтехимических производств.

4. Определение состава образующегося шлама, возможности его утилизации или захоронения.

5. Разработка технологии совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и щелочных СВ химических и нефтехимических производств.

6. Оценка эколого-экономической эффективности разработанного процесса совместного обезвреживания стоков.

Научная новизна.

1. Теоретически обоснована и экспериментально показана возможность совместного обезвреживания модельных и промышленных СВ, содержащих ИТМ, и сернисто-щелочных стоков химических и нефтехимических производств.

2.Выявлена взаимосвязь между физико-химическими свойствами СВ химических и нефтехимических производств и эффективностью очистки смесевых стоков от ИТМ. Установлены механизмы процесса совместного обезвреживания, основанные на протекании коагуляционно-флокуляционных, коллоидно-адсорбционных и реагентных процессов, позволяющие обеспечить снижение негативной техногенной нагрузки на водные объекты.

3. Определен состав органических загрязняющих веществ в составе сернисто-щелочных стоков и образующихся шламов. Найдено, что комплексная очистка сточных вод способствует снижению класса опасности образующихся осадков.

4. Разработана математическая модель, описывающая взаимодействие двух стоков, позволяющая определить оптимальные параметры процесса их совместного обезвреживания

Практическая значимость работы. Установлены условия проведения процесса совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и стоков нефтехимических производств от ИТМ и органических примесей.

Проведены опытно-промышленные испытания предложенного способа для обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, ЗАО «Челныводоканал». Показано, что степень очистки от ИТМ при использовании щелочного стока ОАО «Нижнекамскнефтехим» по ионам Си2+ - 98 4 %■ для Ni2+- 99 4 %• Fe06"1-96,46% и Zn2+-96,5. ' '

Рассчитанный эколого-экономический эффект при планируемом внедрении предлагаемого совместного обезвреживания СВ составит более 12,3млн. руб/год.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: III, IV, V Республиканских научных конференциях «Промышленная экология и безопасность» (2008-2010 гг.), г. Казань; Международной научно-практической образовательной конференции «Образование и наука - производству (2010 г), г. Набережные Челны; VI Всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы безопасности в техносфере» (2010 г), г. Улан-Удэ; Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (2012 г.), г. Казань.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, 5 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 35 рисунков. Список используемой литературы включает 122 наименования.

.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, научная новизна и практическая значимость диссертационного исследования.

В первой главе приведен литературный обзор по очистке одних стоков с использованием СВ других производств. На основании обзора литературы сформулированы цели и задачи диссертации.

Во второй главе приведены методики проведения экспериментов и способы определения физико-химических характеристик исходных и смесевых стоков и образующихся осадков (титриметрический, потенциометрический, гравиметрический, термический, фотоколориметрический, хромато-масс-спектромстрический, рентгенофазовый методы).

В третьей главе приведены данные мониторинга по концентрациям HTM, объемам используемых реагентов и образованию шламов по годам на станциях «Дегремон» и «ЭФКО» ЗАО «Челныводоканал», а также по мониторингу загрязнения реки Кама в районе г. Набережные Челны ИТМ.

Из данных мониторинга следует, что за истекшие 5 лет на станции очистки «Дегремон» наблюдалось превышение концентрации ионов Cu2+, Ni2+ и Zti2+ над значениями ПДК (значения концентраций, разрешенных для сброса на БОС ЗАО «Челныводоканал»), на станции «ЭФКО» - по ионам Си2+ и Zn2\

Определено, что наименьшая эффективность при очистке промышленных СВ, содержащих ИТМ, наблюдалась при удалении ионов Си2+ и Ni2+. В этой связи в качестве объектов исследований первоначально определены модельные Си- и Ni-содержащие стоки.

На первом этапе в качестве опыта сравнения исследована кинетика седиментации модельной сточной жидкости, содержащей ионы Си2" с концентрацией 100 мг/л (медьсодержащий модельный сток - МСС), при взаимодействии со щелочными сточными водами (ЩСВ) нефтехимических производств ОАО «Нижнекамскнефтехим» (ЩСВНХ), ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (ЩСВСК) и ОАО «Казаньоргсинтез» (ЩСВОС) в различных пропорциях.

После смешения МСС и ЩСВ во всех экспериментах наблюдалось образование осадка, образующегося в результате совместного осаждения сульфидов и гидроксидов меди, согласно реакциям, и имеющего сложную цветовую гамму:

Ni2+ + S2" -> NiS;

Ni2+ + 20Н" Ni(OH)2;

Cu2++ S2- -> CuS;

Cu2+ + 20H" -» Cu(OH)2.

На рис. 1 приведены кинетические зависимости осветления модельной СВ в присутствии исследуемых ЩСВ. Визуально отмечено образование крупнодисперсной фазы в момент добавления ЩСВ к МСС, которая в дальнейшем седиментирует, что приводит к осветлению смесевой жидкости.

Анализ кривых (рис. 1) показал, что оседание образующихся частиц

дисперсной фазы (ДФ) в присутствии ЩСВНХ

происходит заметно быстрее, по сравнению со ЩСВСК, ЩСВОС. Дополнительным подтверждением полного удаления взвешенных частиц из объема дисперсионной среды служат данные оптического метода.

Определение размера частиц осуществлялось методом светорассеяния двумя независимыми экспериментами: по зависимости оптической плотности (D) от длины волны падающего света (X) на спектрофотометре «UNICO-1200» и методом динамического светорассеяния на анализаторе «Malvern Zetasizer Nano-ZS». На рис.2, приведены зависимости lgD = f(lg X) для анализируемых маточных растворов.

IgD

б 2,65 / 2 2,7 2,75 2

\* 1

Рис. 2 - Зависимость логарифма оптической плотности (Б) от логарифма длины волны падающего света (X) для маточного раствора модельной сточной воды (Сдисп.фазь, = 1 %) в присутствии стока ЩСВНХ (1), ЩСВСК (2)

о

Рис. 1. - Кинетические кривые осветления модельной сточной воды (Сдисп. фазы = 1 %) в присутствии стоков ЩСВНХ(1), ЩСВСК(2), ЩСВОС(З)

б

В первом приближении без учета асимметрии частиц в таблице 2 обобщены данные по размерам частиц дисперсной фазы в анализируемых системах.

Таблица 2 - Обобщенные данные по размерам частиц ДФ в надосадочной жидкости Лср в анализируемых системах

Системы Ш1СО-1200 Ма1уегп Х^азхгег №по- гБ

Ясо., НМ Дсп , НМ

МСС 350 343

МСС + ЩСВНХ 127,6 132

МСС + ЩСВСК 303,8 295

МСС + ЩСВОС 280 267

Из данных табл. 2 очевидно, что при добавлении исследуемых ЩСВ к МСС в надосадочной жидкости происходит уменьшение размеров частиц вследствие связывания последних в агломераты при контакте двух стоков с последующим выпадением их в осадок.

Полученные данные показывают, что более эффективным реагентом в процессах очистки модельного МСС является ЩСВНХ.

Следующий этап работы заключался в исследовании изменения физико-химических характеристик смесевых стоков, полученных приливанием ЩСВ к модельным стокам, содержащим ионы №2+ и Си2+.

Сущность эксперимента заключалась в следующем: в мерные цилиндры наливалось по 100 мл модельных металлосодержащих стоков с содержанием ионов М2+ и Си2+ в растворе 100 мг/л. Затем в каждый цилиндр приливались ЩСВ в соотношении модельный сток : ЩСВ (ЩСВНХ, ЩСВСК, ЩСВОС) = ЮОЮ,25-10.

Отмечено, что дисперсная фаза, образующаяся в результате смешения стоков, имеет сложную цветовую гамму с присутствием черных и зеленых включений, обусловленных совместным осаждением сульфидов и гидроксидов никеля и меди.

Найдено, что значения рН, ХПК, содержание сульфид-ионов с увеличением количества приливаемых щелочных стоков повышаются, остаточная концентрация ИТМ — понижается.

Разница между значениями ХПК фильтратов смесевого и полученного путем разбавления ЩСВ дистиллированной водой (рис. 3) соответствует количеству органических соединений, сорбированных на поверхности дисперсной фазы.

2,5 5 7.5

Количество щелочных сточных вод, мл/100 ил -экспер. значение ХПК -»-рэсч.значение ХПК

2.5 5 7.5

Количество щелочных сточных вод. мл/100мл -■-экспер.значение ХПК —*— расч. значение ХПК

а) б)

Рис. 3. - Графики изменения значений ХПК в фильтратах в зависимости от дозировки ЩСВНХ: а) для № - содержащего раствора; б) для Си -содержащего раствора

Л

У..................................................

у^Л' Жг' I

; I

>

«•» *** Г "

гС--*' г'

Количество щелочных сточных вод, мл/100 мл -экспер. значение сульфид-ионов расч. значение сульфид-ионов

0 2.5 5 7.5 10

Количество шелочных сточных вод, мл/100 мл -«спер, значение сульфид-ионов расч. значение сульфид-ионов

а) б)

Рис. 4. - Графики изменения содержания сульфид-ионов в фильтратах в зависимости от дозировки ЩСВНХ: а) для ^-содержащего раствора; б) для Си - содержащего раствора

Как следует из графиков изменения содержания сульфид-ионов (рис. 4), количество последних в смесевых фильтратах увеличивается, что вполне закономерно. Однако, из приведенных зависимостей наблюдается, что значение показателей сульфид-ионов в смесевых фильтратах несколько ниже такового показателя, полученного путем простого разбавления ЩСВ дистиллированной водой в пропорциях, указанных ранее для модельных металлсодержащих растворов. Разница между значениями сульфид-ионов холостого опыта и смесевого фильтрата показывает, какое количество сернистых соединений, входящих в состав ЩСВ, участвует в реакции с исследуемыми ИТМ с образование нерастворимых сульфидов металлов.

Подтверждением вышесказанному служит, в частности, данные рентгенофазового анализа осадка, полученного в результате смешения МСС с

ЩСВСК (рис. 5). На рентг енограмме присутствуют пики, которые резонируют при двойном угле наклона 20 - 43,9 и 48,75°, соответствующих СиЗ.

Размытый пик в области 20 - 27-37° свидетельствует о наличии в составе осадка аморфной составляющей, соответствующей органическим соединениям, входящим в состав осадка.

угол отражения 6

Рис. 5. — Рентгенограмма осадка, полученного смешением стоков (модельного стока и ЩСВСК)

Для определения номенклатуры загрязнений, входящих в состав осадков, исследовались поллютанты исходных сернисто-щелочных стоков до и после обработки ими модельных металлосодержащих растворов.

Виды и содержание органических компонентов определялись с помощью хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения.

В органическую составляющую осадка, образующегося в результате приливания ЩСВОС к модельным металлсодержащим стокам, входят соединение ароматического и алифатического рядов: 1,2,4,5-тетраметилбензол, 1,4-дигодронафталин, 1,2-диэтилбензол, нафталин, тридекан, 6-метилдекан, 2-метилнонан, 2-метилундекан, п-додекан, 2,6,8-триметилдекан. В случае использования стоков производства полисульфидных каучуков, в составе осадков в качестве основных ингредиентов определены: 1,3,6-диокситиоктан, 1,4,5-оксидитионан и другие соединения.

Гистограммы, показывающие остаточное содержание ионов № + и Си2+ в зависимости от дозировки приливаемых щелочных стоков, приведены на рис. 6.

О 0,25 0,5 1 2,5 5 Количество щелочных сточных вод. мл Ш1ЩСБСК ИЩСВНХ ЙЩСЗОС

Количество щелочных сточных вод, мл ШЩС6СК ИЩСВНХ НЩСВОС

Рис. 6.

а) б)

• Гистограммы изменения остаточного содержания ИТМ в фильтратах в зависимости от дозировки ЩСВ: а) для № - содержащего раствора; б) для Си - содержащего раствора

В дальнейшем исследовалось удаление ИТМ из промышленных СВ, содержащих ИТМ, очищаемыми на станциях очистки ЗАО «Челныводоканал» (ПСВ) с использованием ЩСВ, Первоначально определялись седиментационные характеристики дисперсных фаз, образованных при смешении компонентов системы СВ, содержащие ИТМ : ТЦСВ.

Анализ графиков осветления (рис. 7) показал, что оседание образующихся частиц дисперсной фазы в присутствии ЩСВНХ происходит заметно быстрее по сравнению со стоками ЩСВСК и ЩСВОС. После смешения ПСВ со стоком ЩСВСК наблюдалось мгновенное образование мелкодисперсной фазы черного цвета, обусловленной протеканием химической реакции и образованием в реакционной смеси сульфидов металлов и, в этой связи, скорость осаждения образовавшегося осадка была меньше, чем в присутствии ЩСВНХ.

Рис. 7. - Кинетические кривые осветления раствора, образованного смешением промышленных СВ, содержащих ИТМ со щелочными стоками ЩСВНХ (1), ЩСВСК (2), ЩСВОС (3)

Проведенными экспериментами установлено, что первоначально проходит процесс молекулярно-кинетической, затем гравитационной коагуляции. Указанное обстоятельство подтверждается размерами частиц в фильтратах, приведенных в табл. 2. Найдено, что при использовании ЩСВНХ объем осветленной надосадочной жидкости больше, чем при приливании ЩСВСК.

Таблица 2 - Данные по размерам частиц ДФ в надосадочной жидкости в анализируемых системах

Системы Ш1СО-12(Ю Ма1уегп Хе^хгег Иапо-7.8

, нм Ясс., нм

ПСВ 243 235

ЩСВНХ 32,4 35

ЩСВСК 26,3 28,2

ПСВ + ЩСВНХ 36,5 41

ПСВ + ЩСВСК 186,3 200

ПСВ + щсвос 52,8 68,5

По данным таблицы 2 видно, что наименьший размер частиц в надосадочной жидкости характерен для системы ПСВ + ЩСВНХ, что является дополнительным количественным подтверждением эффективного совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ и ЩСВНХ.

Таким образом, более высокая степень очистки по экспериментальным кинетическим данным наблюдается при седиментации промышленных СВ по сравнению с модельными МСС. Данный эффект обусловлен многокомпонентностыо промышленных СВ и селективными взаимодействиями между реакционноспособными группами стоков. Установлено, что скорость седиментации и механизм процесса агрегации в сильной степени зависят от соотношения компонентов системы СВ, содержащие ИТМ ЩСВ.

На следующем этапе работы определялись поверхностные характеристики исследуемых систем. Индикатором процесса осаждения и эффективности воздействия вводимых добавок является ¿¡-потенциал, который

определялся косвенным (макроэлектрофорез).

путем

методом подвижной границы

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что максимальное значение ¡¡-потенциала наблюдается при рН = 9,4 (рис. 8), что соответствует максимальной эффективности процесса очистки. Дальнейшееувеличение рН раствора приводит к уменьшению ¡¡-потенциала

Рис. 8 - Зависимость ¡¡-потенциала от рН раствора

Чувствительной характеристикой реализации адсорбционных взаимодействий между частицами в ПСВ и ЩСВНХ и ЩСВСК может служить кондуктометрический параметр У (табл. 3)

Таблица 3 - Обобщенные данные кондуктометрического анализа водных стоков

Системы X, мкСм/см

ПСВ 18610

ЩСВНХ 63480

ЩСВСК 77110

ПСВ + ЩСВНХ 15900

ПСВ + ЩСВСК 22140

Таблица 4 - Обобщенные данные кондуктометрического анализа смеси водных стоков в соотношении ПСВ : ЩСВ - 10:1

Параметр (ПСВ + ЩСВНХ) (ПСВ + ЩСВСК)

Хсп.адд'Ю6, См/см 52776 19816,9

Хэкш'Ю6, См/см 15900 22140

У 0,3 1,1

Основную роль в снижении концентрации ИТМ, содержащихся в ПСВ, играют ионообменные процессы. При взаимодействии ПСВ с ЩСВНХ и ЩСВСК происходит смещение величины рН в щелочную область, что позволяет дополнительно снизить концентрацию ИТМ за счет образования и осаждения соответствующих труднорастворимых гидроксидов и сульфидов металлов.

В целом же, эффективность совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ и ЩСВ, высока и достигает 92-95 % уже к 18 мин эксперимента. Для объяснения полученного эффекта проводились адсорбционные исследования по измерению оптической плотности в анализируемых системах.

При изучении процесса очистки от ИТМ видно, что наряду с физическим вариантом адсорбции наблюдается и хемосорбция (активированная адсорбция). Данное обстоятельство подтверждается уменьшением значений рН среды в рассматриваемых системах. На рис. 9. показана изотерма адсорбции при Т = 25°С катионов Си2", Zn2+, №2+, Ре3+. Найдено, что наибольшая величина адсорбции характерна для ионов Ре3+. Варьируя рН путем смешения стоков различной химической природы можно влиять на параметры двойного электрического слоя вокруг частиц дисперсной фазы. Приведенные исследования показали, что наилучшие результаты по очистке модельных СВ достигнуты с помощью ЩСВНХ.

В связи с этим в последующих опытах по очистке промышленных СВ, содержащих ИТМ, использовался данный щелочесодержащий сток.

О 3 а *> 12 1Я 18 гиг/л

Рис. 9. - Изотерма адсорбции при Т=25°С ионов Си2+(1), 'Апг'(2), №2+(3), Ре3+(4)

Сущность эксперимента заключалась в следующем: в мерные цилиндры наливалось по 100 мл ПСВ и к ним в определенной пропорции добавлялось отмеренное количество ЩСВНХ. Выбраны следующие соотношения ПСВ : ЩСВНХ = 100 : 0,05-10. После приливания ЩСВНХ во всех цилиндрах наблюдалось образование мелковзвешенной дисперсной фазы, которая удалялась фильтрованием, сушилась и взвешивалась, а фильтрат подвергался анализам.

Физико-химические показатели смесевых стоков при разных соотношениях ПСВ : ЩСВНХ приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Физико-химические показатели смесевых стоков при равных

соотношениях ПСВ : ЩСВНХ

Показатели Соотношение ПСВ : ЩСВНХ

100 : 0,05 100 : 0,1 100 : 0,5 100:2

рН 2,410 3,400 5,550 6,750

ХПК, мг02/л 430,0 600,0 800,0 1200,0

Содержание, мг/л:

- Сгоощ, мг/л 0,0002 0,0003 0,0003 -

- РеоЬщ, мг/л 0,604 0,003 0,077 0,077

- Си2+, мг/л 0,143 0,014 0,018 0,008

- №2+, мг/л 1,210 0,130 0,014 0,004

- Ум2 , мг/л 0,094 0,015 0,003 0,007

- СГ, мг/л 14,180 70,090 106,350 141,800

- ЯОД мг/л 1102,0 1110,0 1170,0 1360,0

Т,% 100,0 97,0 97,5 98,0

Масса осадка, г/л 0,321 0,523 0,671 0,835

Примечательно, что содержание ИТМ в смесевых композициях, где соотношение ПСВ к ЩСВНХ равное 100:0,1 и выше, находится в пределах, разрешающих сброс в систему канализации ЗАО «Челныводоканал».

В тех случаях, когда в реальных условиях имеет место одновременное изменение различных факторов и проявляется их влияние на какой-нибудь важный технологический показатель, необходимую информацию для определения технологических параметров процесса можно получить с помощью статистики.

Факторами, влияющими на эффективность очистки СВ, являются: рН среды; время экспозиции (время седиментации при степени осветления цилиндра Q = 0,5) -1, мин, и состав смеси по щелочным стокам - Z.

В исследованиях применялся трехуровневый трехфакторный эксперимент. В качестве переменных факторов определялись величины рН, t -время и Z - % ЩСВ в смеси. Интервалы варьирования выбирались исходя из результатов экспериментов.

В ходе комплексного исследования влияния технологических факторов на эффективность совместного обезвреживания СВ путем математического планирования эксперимента получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс очистки для каждого из ионов металлов:

Y (Си2+) = 98,4 -19,51xi +0,20х2 +5,41х3 -0,02х,х2 -0,22х,х3 + 1,52х,2 -0,06х32.

Y (Ni2+) = 99,4 -19,66 х, + 0,19х2 +5,45х3 -0,02 х,х2 - 0,22х,х3 +1,53х,2 - 0,06х32.

Y (Feo6w) = 96,46 -18,97xi +0.19x2 +5,26 х3 -0.02x,x2 -0,22 х,х3 +1,48х,2 -0,06х32.

Y (Zn24) = 96,5 -18,72х, + 0,18х2 +5,21х3 - 0,02х,х2 -0,21х,х3 +1,46х,2- 0,06х32.

Результаты анализа уравнений регрессии показали, что максимальное значение эффективности совместного обезвреживания при оптимальных для каждого из металлов параметров равно:

Y (Си2+) = 98,4 %, при рН = 9,6, t = 180 е., Z = 23,62%;

Y (№2+) = 99,4 %, рН = 9,6, t = 180 е., Z = 23,51%;

Y (Feo6ltt) = 96,46 % при рН = 9,6, t = 180 е., Z = 23,7%;

Y (Zn24) = 96,5 %, при рН = 9,6, 1, t = 180 е., Z= 23,5%.

Сопоставление данных, полученных расчетным и экспериментальным

путем на предсказанном режиме, показало, что расхождение между экспериментальными и предсказанными значениями не превышает 2,7 %. Поверхности отклика при фиксированных координатах отражены на рисунке 10.

Исходя из изложенного, для проведения промышленной проверки полученных результатов определены следующие значения технологических параметров:

-9,6;

■- 180 секунд;

- 10%,

мшШёШшШшвШШШШ^р, л'шЯШШШЯЯгу- /Л- »\ /луШ&ШУж^М/'у'" ■•иА

1110 Ор1Си=уСи[рН,2]/.{рН-9,6; 1-180,7; 2-23,6} = 98,3979 Си2+ Ор1№=у№[рН,г]/.{рН-9,6;Г-1 80,7; г-23,5} = 99,4023 м2+

------- л-? Ж А. /" ЧшшШ

11" Ор1Ре=уРе[рНД/. [рН-9,б; 1-180,7; г-23,7}= 96,462 Ке"™" Ор1гп=у2п[рН,2]/.{рН-9>6; И80,7; Ъ 23,5}= 96,5156 гп2+

Рис. 10. - Поверхности отклика при фиксированных координатах

На основании проведенных ранее экспериментов в дальнейшем исследовалась очистка СВ, содержащих ИТМ, очищаемых на станциях очистки ЗАО «Челныводоканал» ЩСВНХ в промышленных условиях. К 1 м3 промышленных СВ, содержащих ИТМ, помещенного с емкость объемом 2 м3 с показателями соответственно: содержание ионов Ъ\\ 2+ — 23 мг/л, Реоб1Ц - 18 мг/л, №24 - 2,15 мг/л, Си24" - 0,23 мг/л, рН= 6,2, светопропускание (Т), % - 94; цвет — бесцветный, приливалось при перемешивании 10 л стока ЩСВНХ.

После приливания серосодержащих стоков наблюдалось мгновенно образование дисперсии черного цвета, вызванной образованием сульфидов соответствующих металлов.

Конечное содержание ИТМ составило: №2+- 0,1 мг/л, гп2+ - 0,19 мг/л, ре<ющ _ мг/л^ си2+ _ о,03 мг/л, , рН - 8,4. Промышленные СВ, содержащие ИТМ, после добавления ЩСВНХ удовлетворяют параметрам для сброса в общезаводскую канализацию и дальнейшей очистке на биологических очистных сооружениях (БОС) ЗАО «Челныводоканал».

Следует отметить, что обезвреживание сточных вод, содержащих ИТС, стоками нефтехимических производств способствует не только достижению параметров для сброса на БОС ЗАО «Челныводоканал» и экономии реагентов,

но и приводит к снижению токсичности стоков. Результаты биотестирования на стандартных тест-объектах Daphnia magna Straus, Scenedesmus quadricauda показали, что по токсичности исследуемый СВ, содержащие ИТМ, (БКР10-48 = 51600) относится к 1 классу опасности, щелочной сток ОАО «Нижнекамскнефтехим» относится к 3 классу опасности (БКР10-48 = 294). Смесевой сток после удаления осадка (БКР 10-48 = 74,3) относится к 4 классу опасности.

На основании проведенных исследований предложена блок-схема обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, очищаемые на станциях очистки ЗАО «Челныводоканал». Блок-схема локальной стадии обезвреживания обезвреживания СВ, содержащих ИТМ на станциях очистки ЗАО «Челныводоканал» с использованием ЩСВНХ приведена на рис. 11. По сравнению с действующим аналогом в технологическую схему внесены следующие изменения: вместо раствора известкового молока (10% раствор) используется ЩСВНХ, исключено использование полиакриламида (праестола), применяемого в промышленных условиях на станциях очистки ЗАО «Челныводоканал» в качестве флокулянта. При планируемом внедрении предлагаемого совместного обезвреживания СВ рассчитанный эколого-экономический эффект составит более 12,3 млн. руб/год.

Рис. 11. — Блок- схема обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, на станциях очистки ЗАО «Челныводоканал»

1 - приемная емкость для сбора концентрированных хромовых СВ;

2 емкость для смешивания концентрированных и разбавленных хромовых СВ; 3 - смеситель; 4 - нейтрализатор; 5 - отстойник;

6 — промежуточный бак для откачки осветленной воды;

7 - камерный фильтр-пресс с электрогидравлическим затвором.

выводы

1. В результате проведенного мониторинга сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, поступающих на биологические очистные сооружения ЗАО «Челныводоканал», и сбросов очищенных стоков в р.Каму; установлены основные источники загрязнения.

2. Определено значение С, - потенциала промышленных сточных вод, содержащих Си2+ и Ni2+, и щелочных стоков химических и нефтехимических производств, и найдено, что рН является одним из основных факторов, определяющих его величину, что позволяет регулировать дозирование реагентов в процессе обезвреживания стоков.

3. В результате проведенных исследований по совместному обезвреживанию сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, ЗАО «Челныводоканал» и сернисто-щелочных стоков химических и нефтехимических производств установлено, что лучшие результаты получаются при использовании стоков ОАО «Нижнекамскнефтехим». Разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс очистки, и определены технологические параметры процесса: рН - 9,6; время контакта -180 с; количество щелочного стока в смеси - 23,6%. Достигнуто увеличение эффективности очистки по ионам: Си2+ - на 26,4%; Ni2+ - на 5,4%; Feo6lI<' - на 5,66%. ХПК нефтехимического стока снизилось с 7000-16000 мг 02/дм3 до 700 мг 02/ дм3.

4. Разработана блок-схема совместного обезвреживания сточных вод, содержащих ИТМ, и щелочных стоков ОАО «Нижнекамскнефтехим». Проведены промышленные испытания с использованием установленных технологических параметров.

5. Предполагаемый эколого-экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составит 12301356,424 руб/год.

6. Определен состав шлама и установлено, что он имеет 4 класс опасности, что позволяет без ограничений размещать его на полигоне твердых бытовых отходов.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Минлигулова Г.А. Исследование очистки хромсодержащих гальваностоков ОАО «КАМАЗ» / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев, Г.Ш. Зарипов // Вестник машиностроения. - 2010. - №8. - С. 81-83.

2. Минлигулова Г.А. Исследование очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов ОАО «КАМАЗ», стоками нефтехимических производств / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №6. - С. 166-171.

3. Минлигулова Г.А. Исследование очистки кислых модельных стоков, содержащих ионы тяжелых металлов, сточными водами нефтехимических

производств / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. -№12. - С. 118-122.

4. Минлигулова Г.А. Исследование влияния восстановителей на удаление ионов хрома (VI) из водных растворов стоками газоперерабатывающего производства / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №13. - С. 41-45.

5. Минлигулова Г.А. Математическое моделирование процессов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов / Г.А. Минлигулова, М.Г. Ахмадиев, Ф.Ф. Шакиров, И.Г. Шайхиев, Л.М Назипова // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - №23. - С. 22-26.

В других изданиях:

6. Минлигулова Г.А. Исследование очистки хромсодержащих гальваностоков ОАО «КАМАЗ» щелочными сточными водами нефтехимических производств / Г.А. Минлигулова, А.Г. Зарипова, И.Г. Шайхиев, Г.Ш. Зарипов // Промышленная экология и безопасность: тез. докл. III научной конф. - Казань, 2008. - С. 60-62.

7. Минлигулова Г.А. Очистка производственных сточных вод стоками других производств. Часть 1. Смешение сточных вод кислого и щелочного состава / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вода и экология: проблемы и решения. -

2008.-№3,-С. 3-12.

8. Минлигулова Г.А. Очистка производственных сточных вод стоками других производств. Часть 2. Очистка сточных вод гальванических производств / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вода и экология: проблемы и решения. - 2008. -№4.-С 16-30.

9. Минлигулова Г.А. Изучение удаления хрома (VI) из стоков сточными водами производств органического синтеза / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Промышленная экология и безопасность: тез. докл. IV науч. конф. - Казань,

2009. - С. 54-65.

10. Минлигулова Г.А. Очистка производственных сточных вод стоками других производств. Часть 3. Очистка сточных вод, содержащих примеси органического происхождения / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вода и экология: проблемы и решения. - 2009. - № 1. - С. 49-60.

11. Минлигулова Г.А. Очистка производственных сточных вод стоками других производств. Часть 4. Очистка сточных вод, содержащих примеси неорганического происхождения / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вода и экология: проблемы и решения. - 2009. - № 2. - С. 28-39.

12. Минлигулова Г.А. Очистка производственных сточных вод стоками других производств. Часть 5. Использование примесей, содержащихся в стоках, в

13. Минлигулова Г.А. Исследование очистки сточных вод гальванических производств ОАО «КАМАЗ» стоками нефтехимических производств / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев, Маврин Г.В. // Образование наука - производству тез. докл. ГУ науч. конф. - Набережные Челны, 2010. - С. 208-211.

14. Минлигулова Г.А. Очистка водных объектов от ионов хрома с использованием отходов промышленного и сельскохозяйственного производства / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вода и экология: проблемы и решения. - 2010. - №3. - С. 68-78.

15. Минлигулова, Г.А. Очистка водных объектов от ионов хрома с использованием отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. Часть 2. Удаление ионов хрома отходами промышленного производства / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вода и экология: проблемы и решения. - 2010. -№>4. - С. 59-72.

16. Минлигулова Г.А. Изучение удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов сточными водами производства органического синтеза / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев, Г.В. Маврин // Актуальные вопросы безопасности в техносфере: тез. докл. IV всероссийской науч. конф. - Улан-УДЭ, 2010. - С. 82-85.

17. Минлигулова Г.А. Изучение удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов сточными водами производства органического синтеза / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Экологические проблемы горнопромышленных регионов: тез. докл. молодежной конф. - Казань, 2012. - С. 80-83.

Заказ №_>___Тираж экз.

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

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Минлигулова, Гульнара Александровна, Казань

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201361439

Минлигулова Гульнара Александровна

СОВМЕСТНОЕ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, И ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ 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, Шайхиев И.Г.

Казань-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ.............................................................................................................2

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................7

1. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОДНИХ ПРОИЗВОДСТВ СТОКАМИ ДРУГИХ ПРОИЗВОДСТВ.........................................................................................................14

1.1 Смешение сточных вод кислого и щелочного состава....................................15

1.2 Очистка сточных вод гальванических производств.........................................22

1.2.1 Очистка хромсодержащих гальваностоков сточными водами различных производств.................................................................................................................23

1.2.2 Очистка циансодержащих сточных вод гальванических производств стоками различных производств..............................................................................27

1.2.3 Очистка сточных вод гальванических и травильных производств, содержащих ионы тяжелых металлов, стоками различных производств............28

1.3 Очистка сточных вод, содержащих примеси органического происхождения...........................................................................................................32

1.3.1 Очистка стоков нефтеперерабатывающих предприятий..............................32

1.3.2 Очистка стоков предприятий органического синтеза...................................34

1.3.3 Очистка сточных вод предприятий кожевенной и меховой промышленности........................................................................................................35

1.4 Очистка сточных вод, содержащих примеси неорганического происхождения...........................................................................................................37

1.4.1 Очистка сточных вод полиграфических предприятий..................................37

1.4.2 Удаление неорганических анионов из сточных вод......................................39

1.5 Использование поллютантов стоков в качестве реагентов для очистки

сточных вод.................................................................................................................40

1.5.1 Коагуляционная очистка с использованием примесей сточных вод...........41

1.5.1.1 Коагуляционная очистка с применением алюмосодержащих поллютантов сточных вод.........................................................................................41

1.5.1.2 Коагуляционная очистка с применением железосодержащих

поллютантов сточных вод.........................................................................................43

1.5.2. Флокуляционная очистка с использованием поллютантов сточных вод...44 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................................48

2.1 Приготовление модельных стоков, содержащих ионы тяжелых металлов......................................................................................................................48

2.2 Методика проведения эксперимента.................................................................48

2.3 Определение состава фильтрата.........................................................................49

2.3.1 Ускоренный метод определения ХПК............................................................49

2.3.2 Определение содержания сульфид-ионов......................................................49

2.3.2.1 Определение потенциометрическим способом..........................................49

2.3.3 Определение сульфат-ионов титрованием солью свинца в присутствии дитизона................................................................................................51

2.3.4 Определение хлорид-ионов аргентометрическим методом.........................52

2.3.5 Определение остаточного содержания ионов железа...................................52

2.3.6 Определение остаточного содержания ионов цинка.....................................53

2.3.7 Определение остаточного содержания ионов никеля и меди......................54

2.3.8 Определение остаточной концентрации ионов хрома..................................55

2.3.8.1 Определение ионов хрома (IV).....................................................................55

2.3.8.2 Определение суммарного содержания ионов хрома (III) и (VI)...............56

2.4 Определение рН среды с помощью рН-метра..................................................56

2.5 Определение массы осадка.................................................................................56

2.6 Хромато-масс-спектрометрия.............................................................................57

2.7 Методики определения физико-химических свойств модельных и реальных сточных вод...............................................................................................57

2.7.1 Методика определения размеров частиц методом светорассеяния.............57

2.7.2 Определение электрокинетического С,- потенциала......................................58

2.8 Методика изучения кинетики стесненного осаждения сточных вод............59

2.9 Адсорбционные исследования............................................................................60

2.10 Ренттенофазовый анализ...................................................................................61

2.11 Метрологическая проработка результатов экспериментов...........................61

2.10.1 Приборы и средства измерения, применяемые в работе............................62

2.10.2 Определение погрешности измерения массы..............................................62

2.10.3 Определение погрешности измерения объема............................................66

2.10.4 Определение погрешности измерения оптической плотности..................66

2.10.5 Определение погрешности измерения объема титранта............................67

2.10.6 Обработка результатов косвенных измерений............................................68

2.10.6.1 Определение погрешности измерения плотности вещества...................68

2.10.6.2 Оценка случайной погрешности косвенных измерений

концентрации загрязнений (ХПК)............................................................................69

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.........................................................................70

3.1 Экологический мониторинг сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов ЗАО «Челныводоканал»...........................................................................70

3.2 Закономерности и механизм формирования осадка в модельных сточных водах, содержащих Си ............................................................................................79

3.2.1 Исследование совместного обезвреживания модельного стока,

л I

содержащего Си и щелочных стоков нефтехимических производств..............81

3.2.2 Исследование совместного обезвреживания модельных сточных вод, содержащих ионы металлов Си2+, №2+ и щелочных стоков химических и нефтехимических производств.................................................................................87

3.3 Закономерности и механизм формирования осадка в стоках,

содержащих ионы тяжелых металлов ЗАО «Челныводоканал»...........................95

3.3.1. Исследование совместного обезвреживания промышленных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов ЗАО «Челныводоканал»и щелочных

стоков химических и нефтехимических производств............................................97

3.5 Совместное обезвреживание сточных вод ЗАО «Челныводоканал» и щелочных стоков ОАО «Нижнекамскнефтехим»................................................108

3.5.1 Совместное обезвреживание сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов ЗАО «Челныводоканал» и щелочных стоков ОАО «Нижнекамскнефтехим».........................................................................................108

3.5.2 Совместное обезвреживание сточных вод, содержащих ионы Сг6+ ЗАО

«Челныводоканал» и щелочных стоков ОАО «Нижнекамскнефтехим»...........110

3.6 Хромато-масс-спектрометрическое исследование состава органических поллютантов, входящих в состав осадков....................................113

4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВМЕСТНОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД................................121

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВМЕСТНОМУ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ЗАО «ЧЕЛНЫВОДОКАНАЛ» И ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ ОАО «НИЖНЕКАМСКНЕФТЕХИМ»............................................................................125

5.1. Промышленные испытания и блок-схема локальной стадии совместного обезвреживания сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов и щелочных стоков ОАО «Нижнекамскнефтехим»...................................................................127

5.2. Эколого-экономический эффект совместного обезвреживания сточных вод, содержащих ионты тяжелых металлов и щелочных стоков химических и нефтехимических производств............................................................................128

5.2.1. Экономическое обоснование эффективности совместного обезвреживания стоков............................................................................................128

5.2.2. Эколого-экономический эффект по плате за негативное воздействие на

окружающую среду..................................................................................................128

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ............................................................................131

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................................132

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

тос - масса осадка

БОС - биологические очистные сооружения

ВВ - взвешенные вещества

BMP - вторичные материальные ресурсы

ГСО - государственный стандартный образец

ДС - дисперсные системы

ДФ - дисперсная фаза

ЖСС - железосодержащий сток

ЗВ - загрязняющие вещества

ИТМ - ион тяжелых металлов

КХА - количественный химический анализ

ММСС - модельный металлосодержащий сток

МСС - медьсодержащий сток

НСС - никельсодержащий сток

НП - нефтепродукты

НПЗ - нефтеперерабатывающий завод

ООС - охрана окружающей среды

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПДК - предельно-допустимая концентрация

СВ - сточные воды

СЖК - синтетические жирные кислоты СО - сухой остаток

УЭП - удельная электрическая проводимость ХПК - химическое потребление кислорода ХСС - хромсодержащий сток

ВВЕДЕНИЕ

Вода - это ценнейший природный ресурс. Она играет значительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни, однако, в последние годы, водные ресурсы перешли в категорию наиболее уязвимых составляющих окружающей среды. Технологические процессы во многих отраслях промышленности связаны с образованием разбавленных растворов, содержащих ионы цинка, свинца, кадмия, никеля, хрома и других тяжелых металлов. В основном ионами тяжелых металлов (ИТМ) загрязняются водные бассейны и почва. Причем содержание подобных токсических элементов в ряде регионов земного шара значительно превышает значение ПДК.

Соединения ИТМ, содержащиеся в сточных водах (СВ), оказывают негативное воздействие на окружающую природную среду.

В настоящее время для решения проблемы охраны водных объектов от поступления ИТМ, усилия исследователей сосредоточены, в основном, на двух направлениях: разработка и внедрение новых технологий, или модернизация действующих процессов, повышение качества и снижения себестоимости очистки СВ в рамках существующих технологий.

В связи с вышеизложенным исследование и разработка простых и технологичных способов очистки СВ промышленных предприятий представляют несомненный интерес.

Актуальность работы ИТМ, попадая в водоемы, отрицательно влияют на обитающие в них гидробионтов, поэтому, как правило, стоки обязательно

подвергают очистке. К 2015 году в России должны быть установлены нормативы допустимого воздействия на водные объекты для всех бассейнов, следовательно, будут установлены и квоты на сброс загрязняющих веществ для предприятий, что может существенно ужесточить требования к содержанию ИТМ в стоках. Т.о., задача повышения эффективности очистки должна быть решена уже в ближайшие годы. Пути решения проблемы могут заключаться в изменении технологии с использованием, например, мембранных процессов или в поиске скрытых резервов в самой технологии.

В настоящее время для очистки СВ, содержащих ИТМ, применяются в основном химические, физико-химические, физические методы. Несмотря на то, что объем стоков предприятий химической и нефтехимической промышленности относительно невелик по сравнению с количеством СВ других отраслей промышленности, они характеризуются сложным переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных загрязнений, поэтому данные методы не всегда обеспечивают очистку, достаточную для повторного использования воды.

Экономическое положение многих предприятий Российской Федерации, в настоящее время, не позволяет осуществить замену существующих технологий очистки стоков на более эффективные, но дорогостоящие, даже при понимании того, что эти вложения, с учетом повышения требований к качеству очистки, могут окупиться в последующие годы. В частности, на ЗАО «Челныводоканал» технология очистки СВ, содержащих ИТМ, не менялась с 1976 года.

Большая часть существующих технологий очистки СВ, содержащих ИТМ, связана с использованием химических соединений. Следовательно, исследования по поиску возможности замены дорогостоящих реагентов на отходы производства со сходными свойствами позволят усовершенствовать и удешевить процесс очистки.

Значительный интерес представляет изыскание возможности разработки и реализации процессов очистки СВ с использованием жидких отходов различ-

ных производств, при смешении которых, в зависимости от состава поллютан-тов, могут протекать реакции нейтрализации, окисления, восстановления, ком-плексообразования, проходить процессы коагуляции, флокуляции, хемосорб-ции с выделением продуктов взаимодействия примесей чаще всего в виде твердой дисперсной фазы. Установление закономерностей протекающих при этом процессов и разработка технических решений, позволяющих использовать физико-химические особенности стоков одних промышленных производств, для очистки СВ от других технологических процессов, является актуальной задачей. Исследования в области экологической безопасности производственных объектов позволит снизить техногенную нагрузку на открытые водные экосистемы от очистных сооружений предприятий химической и нефтехимической промышленности.

Цель работы Обоснование возможности и установление механизма совместной очистки сточных вод, содержащих ИТМ, и щелочных стоков химических и нефтехимических производств, обеспечивающей снижение техногенной нагрузки на водные объекты.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение экологического мониторинга загрязнения реки Кама в районе г. Набережные Челны ионами тяжелых металлов.

2. Определение закономерностей процесса совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и щелочных сточных вод различных химических и нефтехимических производств.

3. Исследование влияния различных факторов на эффективность процесса, и определение технологических параметров совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и стоков химических и нефтехимических производств.

4. Определение состава образующегося шлама, возможности его утилизации или захоронения.

5. Разработка технологии совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и щелочных СВ химических и нефтехимических производств.

6. Оценка эколого-экономической эффективности разработанного процесса совместного обезвреживания стоков.

Научная новизна

1. Теоретически обоснована и экспериментально показана возможность совместного обезвреживания модельных и промышленных СВ, содержащих ИТМ, и сернисто-щелочных стоков химических и нефтехимических производств.

2.Выявлена взаимосвязь между физико-химическими свойствами СВ химических и нефтехимических производств и эффективностью очистки смесевых стоков от ИТМ. Установлены механизмы процесса совместного обезвреживания, основанные на протекании коагуляционно-флокуляционных, коллоидно-адсорбционных и реагентных процессов, позволяющие обеспечить снижение негативной техногенной нагрузки на водные объекты.

3. Определен состав органических загрязняющих веществ в составе сернисто-щелочных стоков и образующихся шламов. Найдено, что комплексная очистка сточных вод способствует снижению класса опасности образующихся осадков.

4. Разработана математическая модель, описывающая взаимодействие двух стоков, позволяющая определить оптимальные параметры процесса их совместного обезвреживания

Практическая значимость Установлены условия проведения процесса совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и стоков нефтехимических производств от ИТМ и органических примесей.

Проведены опытно-промышленные испытания предложенного способа для обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, ЗАО «Челныводоканал». Показано, что степень очистки от ИТМ при использовании щелочного стока ОАО «Нижне-камскнефтехим» по ионам Си2+ - 98,4 %; для М2+ - 99,4 %; Реобщ - 96,46 % и гп2+ - 96,5%.

Рассчитанный эколого-экономический эффект при планируемом внедрении предлагаемого совместного обезвреживания СВ составит более 12,3млн. руб/год.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на: III, IV, V Республиканских научных конференциях «Промышленная экология и безопасность» (2008-2010 гг.), г. Казань; Международной научно-практической образовательной конференции «Образование и наука - производству (2010 г), г. Набережные Челны, VI Всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы безопасности в техносфере» (2010 г), г. Улан-Удэ, Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (2012 г.), г. Казань.

Предмет исследования - щелочные СВ производства полисульфидных каучуков ОАО «Казанский завод си�