Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экотехнология получения и применения в водообработке сорбентов из углеродсодержащих отходов

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

Автореферат диссертации по теме "Экотехнология получения и применения в водообработке сорбентов из углеродсодержащих отходов"

северо-кавказский научный центр высшей школы

РГ 6 од

На праиах рукописи

ВЕСЕЛОВСКАЯ Елена Вадимовна

Зкотехнология получения и применения в водообработко сорбентов из углеродсодержащнх отходов

11.00.11 — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1993

Работа выполнена в Новочеркасском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С- Орджоникидзе.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

СЕРПОКРЫЛОВ Н. С.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор КАПЛИН В. Т.,

Ведущая организация: Новочеркасский электродный завод.

£ а щи та СОСТОИТСЯ п /У " 1993 года в

на заседании специализированного совета Д.064.40.01 при Северо-Кавказском научном центре высшей школы по адресу:

344700, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 140.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

скнц вш.

кандидат технических наук, до цент АЛЁШИН В. С.

Автореферат разослан

1993 г-

Ученый секретарь специализированного ссзета доктор технических наук ,

Е. И. БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В связи с прогрессирует»»! загрязнением биосферы антропогенны!.«! а ¿дедами вопроси её зашиты, в том числе очистки природных и сто'^сос вод, приобретают существенное значение для любых экосистем. Несовершенство или невозможность внедрения безводных технологий в условиях современного производства приводит к сбросу в водоёмы огромных объёмов стоков без достаточной степени очистки, программируя нарушения биогеохимических циклов.

Среди способов очистки природных и сточных вод одним из универсальных является сорбциошшП, к неоспоримым достоинствам которого принадлежит возможность удаления органических и ¡^органических загрязнений практически до любых сс?ато*зтх концентраций и отсутствие вторичных загрязнений.

Наиболее часто в практике сорбционной очистки вод используют углеродсодержашие сорбенты - активирсвотко угяк. Однако, их широкому применению препятствуют дефицитность и шгокая стоимость (500-1500 рублей за тонну в ценах 1990 г.).

Реальной альтернативой активированным углям при очистке и доочистке сточных вод является использование в качестве сорбентов углеродсодерхаших отходов (УСО), в частности, отходов производства графитированных электродов. Сорбенты на основе УСО имеют достаточно высокие сорбционные характеристики и низкую стоимость, что может восполнить дефицит активированных углей при очистке и доочистке стоков промышленных предприятий и городских сточных вод, прошедших биоокйсление. Кроме того, существенно улучшается экологическая обстановка за счёт ликвидации многотоннажных отходов производства и уменьшения плошадей их ■ захоронения.

Диссертационная работа выполнена в рамках плановых гос. бюдаетных НИР НПИ по теме № П-53-699 "Разработка и внедрение интенсивных технологий процессов обработки вод коммунальных и промышленных объектов", входяаей в КЦНТП Комитета по высшей школе Российской Федерации "Человек я.окружавшая среда".

Целью работы является разработка технологии получения и

применения в процессах очистки вод сорбционного катер'/ляа из отходов производства графитированных электродов,

Для достижения поставленной цели в ходе работы ресал;:сь следующие задачи:

1. Теоретико-экспериментальное обоснование опта».: ал гл ¡их рекимов активации УСО и механизмов взаимодействия модшпкгщий сорбентов с различными типами удаляемых загрязнений.

2. Разработка методики выбора сорбентов на основе УСО в зависимости от их структуры, физико-химических и сорбциогшых характеристик.

3. Отработка технологии сорбционной очистки стоков некоторых предприятий сорбентами на основе УСО в полупроизводственных и опытко-прсмшленных условиях.

4. Эколого-зкономический анализ технологии получения и применения сорбентов на основе УСО.

Основная идея работы заключается в разработке технологии получения и применения в процессах водообработки дешевого сорбционного материала из отходов электродных производств.

. Методы исследования включали: спектрофотометрические и хроматографические исследования, ИК-спектроскопиэ, рентгено-струнтурный анализ, ртутнуэ порометриа.

Достоверность основных нау*мых положений, практических выводов у рекомендаций.

. Все экспериментальные исследования проводили на лабораторных, полупроизводственкых и промысленных установках с применением современных методов анализа и обработки результатов, вклю-

спектрофотометрические определения концентраций вешестз в исходных и очишенных водах, хроматографические анализы кидких и газовых сред, исследований твёрдой фазы методами ИК-спектро-скопии и рентгеноструктурного анализа, статистическую обраоотку результатов экспериментов. ; \ .'

При разработке технологии получения сорбентов оптимизацию процесса активации проводили с применением методоз активного яксгнфимента и ЭВМ. .

;;. Научная новизна работы. Впервые обоснована экотехнология

использования крупнотоннажных углеродсодержаших отходов электродных производств ¡з качестпэ исходного сырья для получения сорбционного матерм.'-.:;.',, :'СТ?::озлены оптимальные параметры активации нескольких кодификаций сорбентов, их влияние на формирование, пористой структуры и состав функциональных групп, а также показано участие последа;;:-:- в сорбции различных типов загрязнений.

Уточнена методам, инженерного расчёта сооружений сорбци-енной очистки ЗОД. - -.

Дан комплексный эколсго-экономический анализ применения сорбентов на основе УСО в водоочистных технологиях с учётом снижения нагрузки на природную среду за счёт утилизации сводов.

Практическая значимость работы. Определен мехакическиз ч и физико-химические показатели УСО, положенные в основу разработки технологии получения сорбентов.

Получены сорбционные, механические, физико-химические характеристики, а также токсикологические показатели для каждой модификации сорбционного материала.

В лабораторных, полупроизводственных и производственных условиях получены параметры режимов, доочистки городских сточных вод, прошедших биохимическую очистку, очистки сточных вод полиграфических производств, азот- и фенолсодеряалшх стоков с применением новых сорбентов.

Разработаны технические условия 1У 2 069 127 00001 01 на получение сорбционного материала на основе УСО парогазовым методом . ' :

Определено влияние на' атмрсферу газовых выбросов при ак- • тивации сорбентов.

Реализация работы. Основные результаты работы внедрены на "электродном заводе, г.Новочеркасск, локальных очистных сооружениях ПО "Заря", г.Киев, а также использованы Нозочеркасским . ГИЛРОЭЛЕКТРО при проектировании очистных сооружений.шубно-мехо-вой фабрики г.Буденновска и издательства "Кавказская здравница", г.Минводы. - ■ - • и

На защиту выносятся теоретические и экспериментальные по-

ложения, вывода по разработке технологий получения новых сорб-ционных материалов на основе УСО и прющипы их кспользаг^с.я для сорбции органических и неорганичесхкх загрязнений, зклвча-шие результаты спектральных, рентгеноструктурных, х;аичзских и токсикологических исследования.

Апробация работы» Основные положения и результат работы доложены и обсуждены на:

- научно-технической конференции "Синтез неорганических сорбентов и применение юс для очистки вод", г.Челябинск (1990 г.);

- научно-практической конференции Ростовского инленерно--строительного института, г.Ростов-на-Дону (1391, 1992 гг.);

- научно-практических конференциях Новочеркасского политехнического института, г.Новочеркасск (1991, 1992 гг.).

Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 5 работ.

Объём и структура диссертации. Диссертация включает введение, 4 главы, выводы, список литературы и приложения. Обший объём диссертационной работы - 221 страница, в том числе: 121 страница машинописного текста, 51 рисунок, 22 таблицы, 8 приложений. .

Список использованной литературы состоит из 164 наименований, в.том числе 21 иностранного. В приложениях приведены сведения о внедрениях, экономическом эффекте, статистической обработке результатов экспериментов.

Автор благодарит научного консультанта к.т.н., старшего научного сотрудника кафедры "Обшая химия и прикладная эколо- . гия" Новочеркасского мелиоративного института С.М.Крыпину,за методологическую помоть в проведении исследований углеродсо-держашего материала методами ИК-спектроскопии и рентгенострук- • турного анализа.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении раскрывается актуальность проблемы, обосновывается необходимость замены дефицитных и дорогостоящих ах-гиЕированных углей депевши сорбентами из нетрадиционных иа-

териалов, в том числе из углербдсодержааих отходов производств.

Излагаются цель и э?дачи диссертационной работы, сё структура, объём выполне!и*л: исследований.

I. Применение сорбентов в технологических процессах очистки вод

Экологизация сорбцисннкх т .¿глологий предполагает комплексный подход: поиск иозых видов сырья,•выбор наиболее экономичных методов и аппаратурного оформления процесса активации, обеспечивагшх минимальные энергетические затраты и газовые выбросы при удовлетворительных сорбционных характеристиках готового продукта, проведение процесса регенерации с учетом физико-механических характеристик сорбентов, вида сорбируем.« веяеетв, а также наличия в адсорбтиве компоне:;?оз, окт^иоазак?: каталитическое воздействие на процесс регенерации.

Выбор метода активации, а также необходимость преаооеа каро'онизации определяются требованиями, предоязляг1Г£.:п я сорб-ционному материалу и характеристиками исходного сырья. В первой главе дан анализ суаествуотих методов формирования пористой структуры углеродсодержапих материалов и её взаимосвязь' с адсорбционными характеристиками готового продукта. В данной области широко известны,работы А.Д.Смирнова, Л.Д.Карелина, Л.Б.Севрюгова, Г.М.Бутырина, И.Л.Эттингера, И.Г.Рода, И.А.Тарковской, А.М.Когановского.

Анализ литературных источников по технологии производства сорбентов, по вяутридиффузионной кинетике и избирательности адсорбции показывает, что. равновесие и скорость адсорбции химических вешеств во многом определяют поверхностные функциональные группы. Это имеет особенно большое значение при глубо- • кой очистке вод. Поэтому для прогнозирования возможности сорбции тех или иных классов загрязнений данным сорбционным материалом.- требуется изучение структуры и состава функциональных групп сорбента. При этом, определив "рабочие" функциональные группы, необходимые для выделения .конкретных компонентов, варьируя параметры процесса активации, возможно регулирование их количественного и качественного состава.

В соответствии с изложенным обоснована актуальность дис-

сертациснной работы и сформированы цель и основные задачи исследования.

2. Получение и исследование свойств сорбентов из отходов электродных производств

Отходы электродных производств прадс-тавляот ссбо" продукт термической обработки кокса, используемого в печос гра-фитации в качестве термоизоляционной и токопроводяаей прослойки. По окончании процесса графитации отработанный кскс сортируют и фракции менее 10 мм направляют в отвалы.

На Новочеркасском' электродном заводе, используюшем кокс с коксохимических заводов Донецкого бассейна, ежегодный прирост твердых отходов составляет до (50-60)«Ю3 т. Отвалы оказывает неблагоприятное воздействие на окружавшую среду в районе завода и прилегающих к нему посёлков, вызывая дополнительную запылённость, а, кроме того, отторгается значительная плошадь плодородных чернозёмов. Проведенные нами исследования показали, что по элементному, химическому составу, физико-механи-ческлм характеристикам углеродсодержазше отходы имеют показатели, близкие к промышленным сорбентам, и могут быть использованы в качестве исходного сырья для получения сорбционного материала. Однако, исходные УСО обладают низкой сорбционной способностью и для повторного использования, многотоннаяных отходов требуется разработка оптимальной технологии их активации. ■

Активацию УСО проводили на специально разработанной установке, состоящей из лабораторной печи: типа СУ0&-0,4.2,5/15И1 с расположенной п ней враиашейся термостойкой трубой системами подачи и распределения диоксвда углерода, водяного пара, • одного раствора катализатора, ацетилена.

Для получения сорбентов использовали известные методы активации:'' : -У-. -УГ::

1. Парогазовый с использованием в качестве активирующего агента водяного пара, (сорбент;типа А1). \

2. Парогазовый с использованием водяного пара и водного , гагтьора катализатора (сорбент типа А2). -..'

3. Парогазовый с использованием диоксида углерода, (сор- ; бент типа В). V';'''л'■-. ■"

4. Активация-с гзауглероживзнием материала п токе ацетилена (сорбент типа С).

5. Сульфирована; материала (сорбент типа Д).

6. Химическая активация с использованием водных растворов кислоты и карбонатов•пелочиих металлов (сорбент типа Е).

Хлорцинковая активация (сорбент типа Р).

Для оценки способности восстанавливать сорбционные свойства нами проводилась термическая и химическая (гидроксидами шелочных металлов) регенерации.

Сложность химического состава и строения УСО предопределили использование целого комплекса физических, физико-химических и химических методов исследований: 'инфракрасную спектроскопии, рентгеноструктурный анализ, ртутную порометрию, классические химические методы изучения углеродсодерэллшх се-шеств для получения полной характеристики новых тнпои сорбентов.

Качество полученных сорбентов оценивали по их адсорбционным и физико-механическим свойствам в сравнении с нормативными требованиями, предъявляемыми к сорбционным и фильтрушим материалам.

3. Изучение структуры, технологии активаций и адсорбционных характеристик сорбентов на основе УСО

Как известно, выбор эффективного сорбента определяется характером его взаимодействия с еоротивами, что в свою очередь требует изучения механизма этого процесса..

Для изучения возможных.механизмов сорбции органических и неорганических загрязнений были проведены исследования структуры УСО и сорбентов на их основе.

Удельный объём пор активированных материалов по сравнению с УСО увеличен незначительно (в среднем для различных модификаций сорбентов на 15-25 %). Следовательно, можно предположить, что повышение сорбционной ёмкости активированных материалов объясняется не только физической адрсорбцией, но и возросшим вкладом химической составлявшей.

В пользу этого предположения свидетельствует анализ ИК- ' -спектров модификаций сорбентов. .

Сопоставление спектров сорбента типа А2 к УСО показывает, что парогазовая активация УСО в присутствия водного pac-rrspa катализатора приводит к резкому росту числа кислородсодерггаих групп (увеличение интенсивности полос 1720 и 1736 си* н появление полосы 1556 см-*). Данные спектрального анализа достоверно коррелируются с результатами химического:- cyras^rao содержание фенольных и карбонильных гидроксилов для сорбента типа А2 увеличивается по сравнению с УСО почти в три раза т.е., можно говорить о получении сорбента,поверхностные кислородные комплексы которого должны,по-видимому, обеспечить повышенную адсорбционную способность материала в жидкой фазе относительно различных полярных веществ.

Анализ дифрактограмм (табл.1) показывает, что для сорбента типа А2 характерно уменьшение степени упорядоченности углеродных ядер и интегральной интенсивности максимума (002) по сравнению с УСО. Наблюдается ассоциация углеродных ядер (их количество увеличивается, в среднем, на 20 единиц) за счёт чего увеличивается среднестатистическая толшкна пакетов ароматических конденсированных слоев ( Lx возрастает с 20,41 до 27,21 нм). Углеродные ядра могут быть несколько ксформированы, о чём свидетельствуем уыеньаение интегральной интенсивности максимума»(10) сорбента типа А2. Кроме того, пакеты углеродных ядер сорбента более анизодиаметричны по сравнению с УСО. Такие структурные перестройки наряду с изменением поверхностных комплексов сорбента,, по-видимому, также должны влиять на изменение сорбционной активности модифицированных УСО.

Анализ Ш-спектров сорбентов типа В показывает, что данные условия активации приводят к увеличению алифатической час- . ти (увеличение интенсивности полос в области валентных и деформационных колебаний. CHg" и CHg-групп) к получ^ию неокисленно-го материалаполосы, отвечавшие за колебания функциональных кислородсодержащих групп, выражены на уровне иуыов. Спектральная информация подтверждается результатами химического анализа - содержание фенольньк и карбонильных r/дроксклов хншчески- ' ми кетодами не фиксируется. Подобный угдеродсодеркяяий матерк-пл, согттстта представлениям А.Н.йрушскка к Д-Н-Страгеско, буд-м?

Таблица I

Рентгеноструктурные параметр! УСО и сорбентов на их основе

Образец

: с! 002, I Ь

:. ни

Максимум (002)

¿1лм>»' 5,002, ! 1_с, усл.ед,: ни

Максимум (10)

П , шгп

Ь ю,: Б ю, I . Ьа,

нм : усл.ед^ ни

Ьс

УСО 0,3351 32,25 0,0271 20,41 62 0,2032

Сорбент типа Л2 0,3351 22,70 0,0115 27,21 62 0,2032

Сорбент типа Б 0,3351 14,40 0,0175 16,33 49 0,2027

Сорбент типа Д 0,3351 49,60 0,0240 16,33 50 0,2032

0,0782 10,33 0,81

0,0387 9,24 0,34

0,0707 10,98 0,67

0,10-14 11,70 0,72

► . ¿ом-

Ь.

.. п -• Зои|»5п

расстояние между конденсированными ароматическими слоями ;

*

степень упорядоченности структурных элементов ;

среднестатистическая толшина конденсированных ароматических пакетов; среднестатистическая протяженность конденсированных ароматических пакетов; количество углеродных слоев в пакете; внугрисеточная дифракция $

- интегральные интенсивности максимумов (002) м (10);

степень шшзодиаметричности конденсированных ароматических пакетов.

вести себя в водных растворах кяк своеобразный, кислородный электрод, и сорбционные явления, протекавшие на поверхности сорбента типа В, будут носить, по-видимому, анионообменный характер.

Рентгеноструктурный анализ сорбента показывает разупоря-дочение углеродных ядер по сравнении с исходным материалом и изменение параметров молекулярной структуры (Ц, уменьшается с 20,41 до 16,33 нм). Подобная структурная перестройка должна, по-видимому, повлечь повышение сорбционных свойств материала по сравнении с УСО, ввиду увеличения удельной поверхности и, как следствие этого, анионообменной ёмкости.

ИК-спектр сорбента типа С показывает влияние ацетилена лишь на ароматические структуры и повышение адсорбционных свойств материала можно объяснить, по-видимому, увеличением пористости. Так, объём мезопор возрастает с 0,21 дм3/кг (УСО) до 0,30 дмэ/кг. Содержание микропор, косвенно оцениваемое по сорбционной способности материала относительно молекул иода, также возрастает (УСО: 22-24 %, сорбент типа С: 33-62 % - в зависимости от температуры активации).

Анализ ИК-спектра сорбента типа Д показывает незначитель- . ное увеличение алифатической части и резкий рост СООН-грулп и карбонильных соединений. Исходя иг наличия данных функциональных групп, а также по аналогии с промышленными сульфоуглями, .. можно предположить наличие катионообменных свойств и повышенную сорбционнув активность по отношении к ароматическим молекулам, ориентированным плоскостью бензольного кольца параллельно поверхности раздела фаз.

Условия активации сорбента типа Д приводят к образованию наименее анизодиаметрических пакетов (отношениеЬа/Ц, увеличивается с 0,51 (УСО) до 0,72) среди модификаций сорбентов. Наблюдается телеке уменьшение степени упорадоченности углеродных ядер и интегральной интенсивности максимума (002). Подобная структурная перестройка позволяет предположить возможным процесс гидролитического расшеплениг элементов молекулярной структуры с последушей рекомбинацией, по-видимому, за с» " г мостиков -Б-. Данные изменения приводят к увеличению удельной поверхности и, как следствие этого, повышению ею сорбционной

активности.

Проверку высказанных при анализе спектральной информации •теоретических предположений о селективности модификаций сорбентов относительно тех или иных классов вешеств, проводили на модельннх растворах и реальных краскосодерязлглх и биохимически очинённых городских сточных водах.

Сорбенты типа А2 могут быть применены для извлечения полярных-органических молекул (рис. ), доочистки биохимически очияенных сточных вод, очистки краскосодертлших стоков. Активация сорбентов без использования катализатора (сорбенты типа А1) не даёт эффекта, соизмеримого с затратами на активацию.

Сорбенты типа В имеют посредственные показатели к перечисленным вьше загрязнениям (рис. ) и хорошую сорбцисннуэ активность по отношению к нитратам (величина удельной адсорбции до 1,48 мг/г).

Сорбенты типа С и Д могут быть использованы для очистки вод, содеряашкх ароматические соединения, например, фенол (удельная адсорбция соответственно 4,2 ч 6,6 мг/г при равновесной концентрации 5 мг/л). Ожидаемые повышенные катионооб-менные свойства сорбентов типа Д не подтвердились (сорбционная способность по ионам менее 0,05 мг-экв/г).

Сорбент типа Е может применяться, как и сорбент типа А2, для удаления 'полярных органических вешеств и доочистки биохимически очинённых сточных вод (рис. ), но его производство в промышленных масштабах связано с нанесением ушерба окружавшей среде. Метод активации, используемый для получения сорбента типа Р, очевидно, непригоден для обработки УСО.

. Лабораторные исследования показали, что предпочтительным .методом реактивиройания для сорбентов.на основе УСО является термический. После У цикла сорбция-регенерация измельчаемость составляет 4,0-5,0 истираемость 0,4-0,6 восстановление сорбционной ёмкости от первоначальной более 70 %. ■

Оптимальные соотношения параметров активации ¿орбента типа- А2 определяли в ходе активного эксперимента, где варьируемыми факторами являлись:

• , Х^ — температура в рабочем пространстве печи, °С;

Рис. Изотермы сорбции уксусной кислоты УСО (I) и сорбентами типа А2 (2), В (3), Е (4)

Х£ - концентрация катализатора, % ; Х3 - продолжительность активации, шш; Х4 - вид активирушего агента (водяной пар или диоксид углерода.).

Параметром Олгеимизации -У- являлась средняя арифметическая величина сорб^снной ёмкости материала по уксусной кислоте.

В результате математической обработки результатов экспериментальных данных на ПЭВМ было установлено, чтй уравнение регрессии имеет вид: .

У - 0,46 + 0,^ + 0,27X2 + 0,023X^2 --ОДООД -

- О^ЗХ^ - 0,063X3X4 - 0,034X^3X4 - 0,035X2X3X4

или в системе натуральных обозначений: У = -0,451 + 0,001102! + 0,057822 + 0,0123?3 + 2,88-Ю-5 х

х 2122 - г.Об-Ю'^з - 0,179X4 + 0,015522X4 + 0,00740^Х^

+ бДО-Ю"4!^ г 1,71-10^23X4 - 8>75.10-42273Х4

С помиаьо критерия йшер!а бшт доказана адекватность уравнения регрессии ( 2,4; 1^*1,22).

Максимальную ссгрбционную ёмкость по отношению к уксусной кислоте имеют сорбенты, полученные при температуре активации

600 °С, концентрации катализатора 8 %, продолжительности процесса активации 20 ?ятут и использовании в качестве активиру-•таего агента водяного пара, что и составляет предмет изобретения (реиение ШИИГПЭ по форме 1/9).

Для других модификаций сорбентов также определены оптимальные режимы активации, оценка которых проводилась по адсорбционным и физико-механическим показателям.

На получение сорбентов на основе УСО в промыаленных условиях разработаны ТУ 2069127'00001 01.

Исходный материал для получения модификаций сорбентов является отходом производства. Проведенный анализ сорбентов на основе УСО и их водных вытяжек на содержание токсичных вешеств показывает токсикологическую безопасность новых сорбентов и возможность их использования не только на локальных очистных сооружениях промышленных предприятий пйред сбросом стоков в городскую канализацию, но и как последнюю'ступень очистки биохимически очишенных сточных вод перед их спуском л водоём.

Для определения возможного ущерба окружайтеЯ среде при промышленном производстве сорбентоз на основе УСО, были исследованы газовые выбросы из лабораторной установки во время.активации сорбентов типа В. Ориентировочная оценка токсичности отходяших газов показывает необходимость системы газоочистки при активации УСО в промышленных масштабах (повышенное содержание сероводорода и оксида углерода). .

Для расчета сооружений сорбционной очистки, работавших в контактном режиме, была уточнена методика инженерного расчёта с учетом полученных Для различных веществ изотерм сорбции. Равновесная доза сорбента, необходимая для снижения исходной концентрации вешества до заданного значения, зависит от величины удельной адссрбции,'равновесной с заданной концентрацией, определяемой по полученным нами изотермам сорбции. Для сорбентов на основе УСО нами определены значения удельной едсорбции для ряда вешеств. . .

4. Эколого-эконоыический айализ получения и применения сорбентов.на основе УСО электродных производств

Отхрытое хранение УСО электродных производств оказывает

негативное воздействие на состояние окруткашей среды, 2ырат.ая-шееся в том числе и в увеличении заболеваемости населения в прилегавших к заводу районах. Ушерб природе может быть оценён в стоимостном выражении - плате за выбросы. Так, согласно решении Ростовского Облисполкома № 50 от 22.02.91 "Об утверждении нормативов плат за выбросы загрязнявших веществ в природную среду и порядка их применения" годовая плата за выбросы при открытом хранении УСО Новочеркасского электродного завода, учитывающая загрязнение почвы, атмосферы, поверхностных водоёмов, составит 650410 руб. Поэтому ликвидация многстоннажных отходов путем вторичного использования сорбционного материала -представляется особенно актуальной и с экономической и с экологической позиций.

Получение опытной партии сорбентов на основе УСО методом парогазовой активации осуществлено на НЭЗ.

Установка для активации УСО выполнена на базе печи графи-тации. Качество активированных УСО опытной партии соответствовало разработанным нами ТУ 2069127 00001 01 (табл.2).

При подобной технологической схеме Ективации, затраты на . получение I т сорбента в ценах I99X г. составляли 223 руб.

В дальнейшем планируется установка специальной печи типа УРКС праизводительностыэ до 140 т в сутки, предназначенной для активации в регенерации отработанных УСО. Целесообразность устройства специальной печи определяется, во-первых, компактностью и простотой обслуживания установки при активации крупнотоннажных партий сорбента и, во-вторых, получением продукта . более высокого качества, : . ,

Для оценки возможного негативного воздействия на окружающую среду процесса активации УСО при использовании установки был выполнен расчет теоретически возможных выбрг>соз.вредных, веществ в атмосферу.' . '•' ■''.. '*

Расяйт проводился согласно "Методике расчета.концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах Г предприятий". Расчет, выполненный с учетом параметров реально сушествуюших сооружений НЭЗ, к которым планируется пох;.слючепие . , промышленной установки, не показал превышения предельно допус- ; тимых выбросов и значений предельных концентраций при неблаго-

Таблица 2

Характеристика сорбентов на основе УСО

Наименование показателей

Значения показателей

Фракционный состав, мм .Массовая деля фракций, превыпазздих указанные верхние я нижние пределы, % Плотность, г/см3 Межзернсвая пористость, % Механическая прочность:

- истираемость, %

- измельчаемость, %

Химическая стойкость: 0

- прирост сухого остатка, мг/д

- прирост окисллемости (перманганатной), иг/л

Массовая доля золы, % Массовая доля злати, % Сорбционная ёмкость по "оду, %

1-5

не более 15

не менее 1,5 не менее 40

не более 0,5 не более 4,0

не более 20 не более 10

не более 15 не более 10 не менее 30

приятных условиях. Так, максимальные значения приземных концентраций на расстоянии Хм = 489,6 м при отсутствии системы газоочистки составляют:

См501 - 0,0345 мг/м3;

• СмШг -.0,00289 мг/м3 ;

. . Смн'г3; ^ О.ОЮ5 .'иг/и3.;

. . Смс0 -1,143 мг/м3.

• Затраты на получение I т сорбента методом парогазовой активации при использовании-специальной установки - 377 руб. (в ценах 1991 г.). .

Затраты на активации 50*10^ т УСО в год составят 18850 тыс. рублей. 3 то ае время годовая плата за хранение и штрафа за ушерб приводе оцениваются в,650410 руб. При реализации сорбентов по 600 руб./т. завод ыоасе? получить доход 11800410руб.

Таким образом,ликвидация УСО путём их! активации позволит получить относительно дешевый сорбционный материал, снизить обшее количество выбросов НЭЗ путем ликвидации крупного неорганизованного источника (выбросы при активации УСО должны направляться в общезаводскую систему газоочистки и на увеличении выоросов из стационарного источника практически не скажутся), отпадет необходимость ежегодного отторжения территорий под отвалы.

Использование сорбентов на основе УСО осуществлено на ПО "Заря", г.Киев. В цехе офсетной печати при промывке полиграфического оборудования образуются стоки, содержащие краситель фирмы "Садолин".

Объём стоков составляет до 400 л в сутки, интенсивность окраски по разведению колеблется в пределах 1:250 - 1:980, содержание органических загрязнений (по ХПК) - 900-3200 мг О/л.

Опытно-промышленная- установка, рассчитанная по уточненной нами методике, представляет собой бак.-адсорбер, оборудованный системами перемешивания вод'и подачи воздуха.

Сточные воды подаются в верхнюю часть бака-адсорбера и по системен перфорированных труб распределяются над загрузкой, упакованной в кассета. Кассеты расположены на колосниковой решетке, иод которой находится система распределения воздуха. Сточные воды забираются из нижней части бака-адсорбера и перекачиваются в его верхнюю часть,, где по системе перфорированных труб вновь распределяются Над загрузкой.

Сточные воды в течение смены периодически заливается в бак (по мере необходимости опорожнения промывных ванн). По окончании смены в бак-адсорбер подается воздух и производится механическое перемешивание. Очистка осуществляется ч течение 20 минут (без применения аэрации продолжительность очисткм увеличивается до 1,5 часов).

Очисшные стоки характеризуются полным отсутствием окраски, ХПК - до 500 ыг О/Л. Регенерацию сорбента необходимо проводить, в среднем, через 1,5 месяца.

3 А К Л В Ч Е Н И Е

I. Разработана экотехнология получения и применения моди-

¡фнкацнп сорбционного материала на основе углеродсодер-.жащнх отходов электродных производств для очистки сточных вод от химических загрязнений различной природы.

2. Изучены и обоснованы механизмы сорбции ряда химических веществ, на основе которых разработаны методики выбора и оптимального режима активации сорбентов.

3. Установлены физико-химические и механические показатели сорбентов на основе УСО, изучены сорбционпые .характеристики для ряда веществ, а также доказана токсикологическая приемлемость сорбентов.

4. Разработаны рекомендации для промышленной активации УСО п ТУ 2069127 00001 01 на их производство.

5. Определен состав выбросов и возможное негативное влияние па окружающую среду при их рассеивании при активации сорбентов в промышленных масштабах.

6. Эколого-экономпческпм анализом обоснована целесообразность получения п применения сорбентов на основе углеродсодеджащпх отходов электродных производств.

Основные положения диссертации опублпкозаны б следующих работах:

1. Использование отходов электродных заводов в технологических процессах очистки вод /II. С. Серпокрылов, Е. В. Веселовская, В. А. Ко-• ломнец и др. //Синтез неорганических сорбентов и применение их для очистки сточных вод: Тез. докл. — Челябинск, 1900. —48 с.

2. Положительное решение на заявку 4945234/26 (049523). Способ получения активного угля /Н. С. Серпокрылов, Е. В. Веселовская, В. А. Коломиец и др. — Принято 13.06.91 г.

3. Серпокрылов Н. С., Веселовская Е. В. Структура и адсорбционные свойства сосбента из углеродсодержащих отходов электродных производств /Изв."СКНЦ ВШ. Сер. техн. пауки. — 1992.

4. Серпокрылов Н. С., Веселовская Е. В. Использование материалов •отвалов электродных заводов в технологических процессах очистки воды //Очистка природных н сточных вод: Сб. тр. /РГАС —Ростов-н/Д, 1992. —С. 34—41,5. Юсупов Л1. С., Веселовская Е. В. Об очистке и доочнетке пефте-

содержащпх сточных вод на новых фильтрующих материалах //Очистка :прнродиых и сточных вод: Сб. тр. /РГАС —Ростои-н/Д, 1992. —С. 21—23.

Подписано в печать 03.05.93 г .Объем 1 п. л. Тираж 100. Заказ 388.

Типография Новочеркасского политехнического института 346400, Новочеркасск, ГСП-1, ул. Просвещения, 132.