Биосорбционная технология обезвреживания отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Каримов, Руслан Раисович

• Каримов, Руслан Раисович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Каримов, Руслан Раисович

• Введение.:.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Смазочно-охлаждающая жидкость её состав, свойства.

1.2. Методы утилизации и регенерации отработанных водоэмульсионных СОЖ.

1.2.1. Механические методы.

1.2.2. Физико-химические методы.

1.2.3 Термические методы.

1.2.5. Биологический и биосорбционный методы очистки.

1.3. Использование отработанных СОЖ в

• строительной промышленности.

Глава 2. Объекты и методы исследований.

2.1. Характеристика объектов исследования.

2.2 Характеристика адсорбционных материалов.

2.3. Характеристика эксплуатируемых биообъектов.

2.4. Методики проведения экспериментов.

2.4.1. Лабораторные исследования адсорбционной обработки отработанной СОЖ.

2.4.2. Подготовка активного ила к использованию

• в анаэробных условиях.

2.4.3. Лабораторные исследования биологического и биосорбционного обезвреживания отработанной СОЖ.

2.4.4. Описание пилотной установки и методики проведения экспериментов по исследованию биологического и биосорбционного обезвреживания отработанной СОЖ.

2.5. Методы статической обработки результатов экспериментов и математического моделирования.

Глава 3. Исследование адсорбционной обработки отработанной СОЖ.

3.1. Исследование адсорбционных материалов.

3.1.1. Исследование адсорбционных свойств адсорбентов.

Глава 4. Исследование биологической и биосорбционной обработки отработанной СОЖ.

4.1 Исследование кинетики биологической и биосорбционной обработки отработанной СОЖ.

4.2 Исследование динамики биосорбционной обработки отработанной СОЖ.

4.3. Опытно-промышленные испытания биосорбционного метода обработки отработанных СОЖ.

4.4. Разработка биосорбционной технологии обработки отработанной СОЖ.

Глава 5. Математическое моделирование процессов обработки отработанной СОЖ в биосорбере.

5.1. Стехиометрия процесса биохимического восстановления компонентов СОЖ в анаэробных условиях.

5.2. Биохимическая кинетика процесса биосорбционной обработки отработанных СОЖ.

5.2.1. Математическое моделироваение процесса биосорбционной обработки отработанных СОЖ в биосорбере.

Глава 6. Технико-экономическая эффективность биосорбционной технологии.

6.1 .Эколого-экономический эффект при обезвреживании отработанной СОЖ биосорбционным методом.

6.2 Оценка экономической эффективности предлагаемых аппаратурно-технологических решений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биосорбционная технология обезвреживания отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей»

Актуальность проблемы. Проблемы связанные с загрязнением окружающей среды являются актуальными и обусловлены продолжающимся ростом антропогенного воздействия, определяемого увеличением объемов промышленных отходов, в том числе и высокотоксичных. Попадание этих отходов в водоемы сопровождается перестройкой биоценоза и приводит к нарушению экологического равновесия.

Крупнейшими источниками загрязнения водной среды на сегодняшний день являются предприятия машиностроительной, химической и нефтехимической промышленности. Основными отходами машиностроения являются шлаки, компоненты образующиеся и сопровождающие механическую обработку металлов. Примером таких отходов являются отработанные смазочные охлаждающие жидкости (СОЖ). СОЖ представляют собой водную эмульсию минерального масла, стабилизированную ПАВ и различными органическими добавками, предназначенными для предотвращения преждевременного старения эмульсии. В процессе использования СОЖ теряет свои технологические свойства и нуждается в замене свежей [1]. Отработанная СОЖ относится к 3 классу опасности, ПДК одного из основных компонентов СОЖ -минерального масла в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 5 мг/мЗ, ЛД 50 =7000 мг/кг.

Республика Татарстан является крупнейшим машино- и авиастроительным центром РФ (КамАЗ, КАПО им. С.П.Горбунова, Казанский вертолетный завод и др.).

Актуальной является проблема обезвреживания отработанной СОЖ. В настоящее время наиболее распространенными являются физико-химические и термические методы обработки отработанной СОЖ. Однако, с экологической точки зрения, данные методы не являются оптимальными, так как при их использовании образуются вторичные отходы, требующие дополнительной очистки. Так на ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» (ОАО КМПО) образуется около 550 м3 отработанных СОЖ в год. Образующаяся после их реагентной обработки сточная вода, составляющая 95% первоначального объема, поступает на биологические очистные сооружения с ХПК около 300 мг/л. Оставшиеся 5% отходов подвергаются захоронению в виде высокотоксичных шлаков.

Существующие традиционные биологические методы обработки в аэробных условиях не позволяют обезвреживать высококонцентрированные сточные воды, содержащие трудно окисляемые органические вещества. Поэтому повышение эффективности и надежности биологических методов очистки сточных вод является важной экологической задачей. Одним из способов повышения эффективности биологической очистки является внедрение биофизикохимических методов, в частности биосорбции, основанной на совместной во времени и пространстве биологической и адсорбционной очистки сточных вод.

В данной диссертации исследована возможность биосорбционной обработки отработанной СОЖ ОАО КМПО в анаэробных условиях.

Диссертационная работа выполнена в соответствии со следующими комплексными программами и исследовательскими проектами «Программа по развитию приоритетных направлений науки в Республике Татарстан на 2001-2005 год» по направлению «Экологическая безопасность Республики Татарстан».

Цель работы состоит в разработке биосорбционной технологии обработки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести исследование параметров отработанных СОЖ;

2. Исследовать характеристики и свойства адсорбентов, используемых для биосорбционного способа обработки отработанных СОЖ;

3. Исследовать эффективность различных адсорбентов при биосорбционном способе обработке отработанных СОЖ;

4. Изучить кинетику и динамику процессов адсорбционной и биосорбционной обработки отработанных СОЖ;

5. Разработать технологические рекомендации для промышленного внедрения биосорбционного метода обработки отработанных СОЖ;

6. Разработать и реализовать алгоритм математического описания процессов биосорбционной обработки отработанных СОЖ в анаэробных условиях.

Научная новизна

1. Впервые исследован биосорбционный способ обработки отработанных СОЖ, позволяющий достичь показателей, удовлетворяющих требованиям нормативов для сброса в водоемы;

2. Впервые проведены систематические исследования по биосорбционной обработке отработанных СОЖ с использованием промышленных адсорбентов и адсорбционных материалов отходов производств;

3. Экспериментально установлены оптимальные параметры процесса биосорбционной обработки отработанных СОЖ;

4. Впервые разработана математическая модель анаэробного биосорбционного процесса обработки отработанных СОЖ

Практическая значимость

Разработана технология биосорбционного процесса обезвреживания отработанных СОЖ, позволяющая эффективно заменить традиционные методы их переработки.

Проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии для утилизации отработанных СОЖ ОАО Казанского моторостроительного производственного объединения, метод рекомендован для внедрения на данном предприятии. При этом суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой биосорбционной технологии обезвреживания отработанной СОЖ, включающий капитальные, эксплуатационные затрат и предотвращенный эколого-экономический ущерб составил 993117 руб/год при использовании ГАУ СКТ-3 и 1027517 руб/год при использовании диатомита.

Предложено использование в качестве адсорбентов продукта, полученного в результате процесса пиролиза изношенных шин и резиновых отходов, для утилизации отработанных СОЖ биосорбционным методом. I

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: 1-ом Международном конгрессе «Биотехнология -состояние и перспективы развития» (Москва, 2002, 2003, 2005), конференция Академии наук РТ «Актуальные экологические проблемы РТ» (г. Казань, 2003, 2004), «Новая Геометрия Природы (Казань, 2003), научно-практической конференции «Экологические технологии в нефтепереработке и нефтехимии» (Уфа, 2003), международной научной конференции «Contaminated Soil 2003 » (Gent, Belgium 2003), I Всероссийская конференция «Актуальные проблемы защиты окружающей среды» (Улан-Удэ, 2004), научная конференция «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» (Казань, 2004)

Публикации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 7 статьях и 9 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка, включающего 101 наименование. Работа проиллюстрирована 23 рисунками и 19 таблицами. Приложение занимает 11 страниц.

Заключение диссертации по теме «Экология», Каримов, Руслан Раисович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время наиболее распространенными методами обезвреживания отработанной СОЖ являются физико-химические методы, которые имеют существенные недостатки. Поэтому повышение эффективности и надежности методов очистки сточных вод является важной экологической задачей.

Биосорбционный способ имеет ряд преимуществ, сочетая в себе два процесса — физической адсорбции загрязнений и их билогической утилизации. Этот метод может эффективно заменить традиционные методы утилизации отработанной СОЖ, при этом снизить эксплуатационные расходы и избавиться от большого количества вторичных отходов.

К основным выводам по результатам настоящей диссертации можно отнести следующие:

1. Исследование параметров отработанных СОЖ машиностроительного предприятия г.Казани показал, что состав их зависит от их промышленной ■ »■ марки, но не имеет принципиальных отличий, при этом практически любая СОЖ может подвергаться полному биоразложению. В настоящее время не существует метода их наиболее полной утилизации и переработки.

2. Исследованы адсорбционные свойства ГАУ СКТ-3, диатомита, ТОП-Н, ТОП-ЗО и ТОП-50 к основным компонентам СОЖ. Показаны преимущества ТОП-ЗО и ТОП-50 при адсорбции составляющих СОЖ. При адсорбции отработанной СОЖ показано, что наиболее эффективными адсорбентами являются активированный уголь, ТОП-50 и диатомит.

3. Биосорбция позволяет достичь нормативных значений по ХПК на

• ■ »■ выходе при более высокой нагрузке до 1500 мг/л. Микроорганизмы лучше переносят «залповые» нагрузки до 4400 мг/л за счет адсорбции загрязнений и иммобилизации микроорганизмов на поверхности адсорбентов.

4. Использование анаэробных микроорганизмов в значительной мере решает сложную проблему избыточного ила за счет невысокого прироста анаэробного ила (околр 14% за 50 суток эксперимента), при реагентной обработке образуется около 30 т токсичных отходов, требующих дополнительной утилизации;

5. Разработана технологическая схема обработки отработанных СОЖ биосорбционным методом.

6. Построена математическая модель биосорбционного процесса и выполнена ее программная реализация, которая показала совпадение с экспериментальными данными.

7. При внедрении данного метода предотвращенный эколого-экономический ущерб, наносимый окружающей среде составит 315278,6 руб/год. Экономический эффект с учетом капитальных и эксплуатационных затрат при использовании ГАУ СКТ-3 составит 684137 руб/год, диатомита -718537 руб/год, по сравнению с ныне эксплуатируемой реагентной обработкой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Каримов, Руслан Раисович, 2005 год

1. Ансеров Ю.М., Дурнев В.Д. Машиностроение и охрана окружающей среды. JI. Машиндстроение, 1989 224с.

2. Панкин А.В. Охлаждающе смазывающие жидкости. - М.: Машгиз, 1954.-186 с.

3. Малиновский Г.Т. Масляные смазочно охлаждающие жидкости. - М.: Химия, 1988. — 178 с.

4. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е.Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989. - 224 с.

5. Бердничевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов: Справочник М.: Машиностроение, 1995.-224с.

6. Нефтепродукты, свойства, качество, применение / Справочник под ред. Лосинова Б.В. М.: Химия, 1966 - 776 с.

7. Смирнова, Н. Н. Микробная деструкция водорастворимых СОЖ и метода ее предупреждения : Автореф. дис. канд. биол. наук : -Казань, 1993.

8. Назарян М.М., Шамша Л.Ф., Щепилов Н.С. Исследование процесса озонирования отработанных СОЖ машиностроительных заводов// Вест. Харьк. Политех, института Сер. Хим. Машиностроение 1980. Вып. 10. № 17. с47-51.

9. Энтелиса С.Г., Берлиниоза .Э.М. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. М.: Машиностроение, 1995. — 496 с.

10. Гигиена и токсикология СОЖ / Кундиев Ю.Н, Трахтенберг И.М. -Киев: Здоровье, 1982. 120 с.

11. Амиров Я.С. Экономическая эффективность использования отработанных смазочных масел и охраны окружающей природной среды. М., 1984. - 138 с.

12. Очистка технологических сред при обработке металлов резанием/ Коробочка А.Н., Тихонцов A.M., Брылев Е.А. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1992. - 125с.

13. Ошер Р.Н Изготовление и применение смазочно-охлаждающих жидкостей, используемых при обработки металлов резанием. М.:

14. ГОСТОПТЕЗИЗДАТ, 1950. 200 с.

15. Абдуллин И.Ш., Гафаров И.Г. Единый эколого технологический комплекс модификации среды обитания человека с помощью сорбционной очистки гидросферы. Изд-во КГУ , 2001. - 420 с.

16. Очистка сточных вод. М.: Тр. ВНИИВОДГЕО. Вып. 47.-1974.

17. Кузубова Л.И., Морозов С.В. Очистка нефтесодержащих сточных вод. Новосибирск, 1992. - 72 с

18. Проскуряков. В. А. Очистка нефтепродуктов и нефтесодержащих вод электрообработкой. Спб.: Химия.Санкт-Петербург.отд-ние, 1992. -110с.

19. Бейгельдруд Г.М. Удаление нефтепродуктов из воды электрохимическим методом Дубна, 2000. - Обл.,31с

20. Назарян М.М., Ефимов В.Т. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков. Харьков.: Вища школа, 1983. - 144 с.

21. Дресвянников А.Ф., Дресвянников Ф.Н., Ситников С.Ю. Электрохимическая очистка воды Акад наук Респ.Татарстан. - Казань: ФЭН, 2004. - 206с.

22. Костюк В.И. Утилизация и регенерация отработанных СОЖ. М., 1994.-48 с.

23. Енаки Г.А., Ткаченко В.М. Доочистка отработанной СОЖ Укринол 1 путем окисления // Повышение качества смазочных материалов и эффективности их применения.- М.: ЦНИИТ нефтехим, 1977. - с. 122129.С

24. Мэн C.K., Шелектина Т.Г., Парвов А.В. Очистка маслоэмульсионных сточных вод станов холодной прокатки методом ультрофильтрации // Сталь.- 1986, №11.- с. 104-108.

25. Мембранная техника в процессах водоподготовки и очистки сточных вод/ Свитцов А.А., Абылгазиев Т.Ж., Акобян А.А., Овсянников А.С. -М., 1991.-110с.

26. Пушкарев В.В., Южанинов А.Г., МЭН С.К. Очистка маслосодержащих сточных вод. М.: Металлургия, 1980. - 198 с.

27. Пономарев В.Г, Иокалисс Э.Г., Монгай И.Л. Очистка сточных вод в нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Химия, 1975. - 206 с.

28. Кировская И.А. Адсорбционные процессы: Учеб.пособие для студентов вузов. Иркутск: Изд-во Иркут.ун-та, 1995. - 298с.

29. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. — Киев: Наук. Думка, 1981. 208 с.

30. Филоненко Ю.Я. Адсорбция: теоретические основы, адсорбенты, адсорбционные технологии. Липецк, 2004. - 103с.

31. Нуруллина Е.Н. Исследование угольного и минерального порошкообразны^ адсорбентов в биосорбционном процессе очистки сточных вод / Дис. канд. техн. наук; КГТУ, Казань, 2000. — 132 с.

32. Wisemans. Chem. Eng. Progr.- 1977.- V.73. № 5. - P.60

33. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитар.-эпидемиол. правила и нормативы. СанПиН 2.1.4.1074-01/Гос. система санитар.-эпидемиол. нормирования

34. Соколов Э.М., Олодов Б.Н. Переработка изношенных шин,- Тула., 1999. -134 с.

35. Каримов P.P., .Шулаев М.В., Емельянов В.М Исследование биосорбционной обработки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей в анаэробных условиях с использованием различныхадсорбентов// Химическая промышленность. Т.81, №9, 2004. с. 485488.

36. Романков П.Г. Массообменные процессы химической технологии: (системы с дисперсн. тверд, фазой). JL: Химия. Ленингр. отд-ние, 1990.-383с.

37. Гаврилов А.Ф., Горбаненко А.Д., Туркестанова E.JI. Влияние влаги, вводимой в горячий воздух, на содержание окислов азота в продуктах сгорания газа и мазута // Теплоэнергетика, 1983, №9. с 13-15.

38. Вольф И.В., Ткаченко Н.И. Химия и микробиология природных сточных вод.- JL: Издательство ЛГУ, 1973. 238 с.

39. Бейгельдруд Г.М. Методы очистки нефтесодержащих сточных вод. -М., 2003. Обл.,35с.

40. Экологическая биотехнология./ Под редакцией К.Ф. Фостера и Д.А.Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990. - 384 с.

41. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982. - 168 с.

42. Поруцкий Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств. М: Химия, 1975. - 256 с.

43. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология: М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985,-376 с.

44. Poyedinok N. L., Belan М., Grishcenko G. // Biotechn. Lett. — 1995.— 17.— P. 1273-1278. •46.