Очистка водных сред от нефтяных загрязнений гидрофобным карбонатным шламом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Хамзина Диана Айратовна

• Хамзина Диана Айратовна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Хамзина Диана Айратовна

Оглавление

Введение

Глава 1. Очистка водных объектов от нефти и нефтепродуктов 10 отходами производств

1.1 Методы очистки водных объектов от нефтяных загрязнений

1.2 Адсорбция как метод очистки водных сред от нефтепродуктов

1.3 Отход производства для очистки водных сред от нефтяных 25 загрязнений

1.4 Методы модификации отходов производства для повышения 29 сорбционных свойств

1.5 Отход производства - вторичный энергетический ресурс

Глава 2. Методики проведения экспериментов

2.1 Основные свойства сорбатов

2.2 Определение технологических и физико-химических свойств 49 сорбционных материалов

2.3 Проведение модификации карбонатного шлама химводоподготовки

2.4 Определение нефтеёмкости сорбционного материала

2.5 Определение адсорбционной емкости сорбционного материала по 61 отношению к растворенным нефтепродуктам в статических условиях

2.6 Методика определения токсичности методом биотестирования

2.7 Показатели качества воды. Методики определения

2.8 Методика определения теплоты сгорания

2.9 Методика определения токсичности золы

2.10 Статистическая обработка данных 72 Глава 3. Очистка водных сред от нефтяных загрязнений гидрофобным 73 карбонатным шламом

3.1. Характеристика предприятия АО «Марийский целлюлозно-бумажный 74 комбинат»

3.1.1 Характеристика сточных вод АО «Марийский целлюлозно-бумажный

комбинат»

3.2 Технологические и физико-химические характеристики карбонатного 79 шлама теплоэлектроцентрали АО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат»

3.3 Определение нефтеёмкости карбонатного шлама химводоподготовки

3.4 Разработка гидрофобного сорбционного материала для очистки 82 водных сред от нефтяных загрязнений

3.4.1 Увеличение нефтеёмкости карбонатного шлама при обработке 82 гидрофобизатором

3.5 Определение водопоглощения и краевого угла смачивания 90 поверхности материалом «ГКШ»

3.6 Исследование удаления нефтяных пленок с поверхности водных сред 92 «ГКШ»

3.7 Принципиальная схема очистки пруда-отстойника от нефтяных 96 загрязнений «ГКШ»

3.8 Исследование очистки водных сред от растворенных нефтепродуктов 198 «ГКШ»

3.9 Исследование токсичности «ГКШ» методом биотестирования 105 Глава 4. Утилизация насыщенного нефтепродуктами «ГКШ» в 110 качестве ВЭР на котельной АО «МЦБК»

4.1. Общетехнические свойства насыщенного нефтепродуктами «ГКШ» 110 как топливного ресурса

4.2. Принципиальная схема производства «ГКШ»

4.3 Характеристика технологической линии сжигания твердых отходов на 113 АО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат»

4.4 Модернизация существующей схемы технологической схемы 117 сжигания для утилизации насыщенного нефтепродуктами «ГКШ»

4.5 Тепловой расчет котла при сжигании насыщенного нефтепродуктами 119 «ГКШ»

4.6 Расчет токсичности золы, которая образуется при сжигании 126 насыщенного нефтепродуктами «ГКШ»

Глава 5. Экологический и экономический расчет при очистке пруда- 130 отстойника АО «МЦБК» от нефтяных загрязнений «ГКШ»

5.1 Определение величины экологического ущерба

5.2 Расчет предотвращенного экологического ущерба при очистке пруда- 131 отстойника от нефтяного загрязнения

5.3 Расчет капитальных затрат на оборудование, инструменты для

очистки пруда-отстойника «ГКШ»

5.4 Расчет себестоимости изготовления «ГКШ»

Заключение

Список литературы

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Очистка водных сред от нефтяных загрязнений гидрофобным карбонатным шламом»

Введение

Актуальность работы: Предприятия химической и нефтехимической отраслей промышленности являются основными источниками загрязнения поверхностных и сточных вод нефтепродуктами (НП). По данным доклада Председателя Правительства Российской Федерации Д. А. Медведева от 25 января 2018 года на заседании в доме Правительства в г. Москве, последствия разливов нефти и НП наносят огромный ущерб окружающей среде и у всех организаций нефтяной отрасли должны быть планы предупреждения и ликвидации разливов нефти и НП. Существующая структура промышленности, устаревшие технологии формируют широкий круг природоохранных проблем, которые резко обостряют экологическую ситуацию. В настоящее время все чаще отмечается нефтяное загрязнение водной среды при сбросах сточных вод предприятиями, при промывке промышленного оборудования и др. Кроме того, загрязнение окружающей среды нефтью и НП происходят при авариях судов в море; во время добычи, переработки и транспортировки нефти.

Для очистки водных сред от нефтяных загрязнений применяются различные методы: механические, термические, физико-химические, биологические. Одним из эффективных методов является сорбционный метод.

К сорбционным материалам (СМ) предъявляются следующие требования: гидрофобность, нефтеёмкость, плавучесть, низкое водопоглощение, простота утилизации, устойчивость к разрушению в водной среде, эффективность использования при разных температурах, нетоксичность, оптимальная стоимость. Для достижения вышеуказанных целей могут использоваться СМ, которые изготавливаются из отходов производства. Одним из таких промышленных многотоннажных отходов является карбонатный шлам химводоподготовки, который образуется в процессе известкования и коагуляции на стадии предварительной очистки природной воды.

Поэтому исследование возможности применения отхода химводоподготовки в качестве СМ нефти и НП является актуальной задачей, имеет большое научное и практическое значение.

Цель диссертационной работы состояла в разработке технических решений для очистки водных объектов от нефти и НП с использованием гидрофобного карбонатного шлама для снижения антропогенного воздействия промышленных предприятий на окружающую среду.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Определить технологические и физико-химические характеристики карбонатного шлама химводоподготовки ТЭЦ АО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат» (АО «МЦБК») и оценить возможность его использования как сорбционного материала при очистке сточных вод от НП.

2. Исследовать возможность повышения эффективности очистки водных сред от нефти и НП карбонатным шламом, обработанным отходом деструкции силокласановых каучуков (ДСК) - кремнийорганической жидкостью, который получил аббревиатуру «ГКШ», определить технические условия и разработать принципиальную схему изготовления «ГКШ».

3. Исследовать процесс адсорбции растворенных НП разработанным «ГКШ» на основе карбонатного шлама, установить механизм и изучить кинетику процесса адсорбции.

4. Провести лабораторные и натурные эксперименты по очистке водных сред от нефтяных загрязнений разработанным «ГКШ».

5. Определить пути утилизации отработанного насыщенного НП «ГКШ» в качестве вторичного энергетического ресурса (ВЭР).

6. Оценить экономический эффект и предотвращенный экологический ущерб пруду-отстойнику АО «МЦБК».

Методология и методы исследования. В работе использованы методы физико-химического и биологического анализа: газовая хромато-масс-спектрометрия; ИК-спектроскопия; рентгенографический фазовый; гравиметрический; титриметрический; фотоколориметрический;

рентгенофлуоресцентный элементный анализы; биотестирование.

Научная новизна.

1. Научно обосновано и экспериментально подтверждено технологическое решение очистки водных сред от нефтяных загрязнений разработанным «ГКШ» на основе карбонатного шлама.

2. Получены экспериментальные результаты обработки карбонатного шлама ТЭЦ АО «МЦБК» отходом ДСК, при которой достигается максимальное значение нефтеёмкости. Определены оптимальные условия изготовления «ГКШ» (карбонатный шлам с размером частиц 0,05-0,9 мм путем пропитки отходом ДСК объемное и массовое соотношение жидкой и твердой фаз 1:5, термообработка проводится при температуре 150 0С в течение 60 минут).

3. Установлен механизм процесса адсорбции НП нефти Шийского месторождения на разработанном материале «ГКШ». На основании расчетов энергии Гиббса, изостерической теплоты адсорбции, констант скорости адсорбции и кажущейся энергии активации показано, что процесс адсорбции имеет физический характер.

Практическая значимость работы. На основании проведенного натурного эксперимента по очистке пруда-отстойника АО «МЦБК» от нефтяного загрязнения с применением разработанного материала «ГКШ» предложена принципиальная схема очистки.

На основе экспериментальных исследований разработаны технология получения порошкообразного «ГКШ» и схема утилизации отработанного материала в качестве ВЭР на линии сжигания твердых отходов котельной АО «МЦБК». Эколого-экономический эффект от очистки пруда-отстойника АО «МЦБК» разработанным «ГКШ» вследствие разлива НП, составил более 2600 тыс. руб., при этом укрупненная эколого-экономическая оценка ущерба, предотвращаемого в результате разлива 1 тонны НП составила 723,4 тыс. руб.

Теплота сгорания НП, адсорбированных СМ «ГКШ», определенная калориметрическим методом, составила 22,6 мДж/кг. Полученное значение сопоставимо с теплотой сгорания каменных углей: Кузнецкого (< 22,7 МДж/кг),

Норильского (< 22,6 МДж/кг), Якутского (< 22,9 МДж/кг) бассейнов. Измерена зольность «ГКШ», которая составила - 26,5 %.

Проведен тепловой расчет котла при сжигании насыщенного НП «ГКШ»: коэффициент полезного действия (КПД) котла составил - 85,2 %; общий расход топлива - 0,336 кг/с.

Положения, выносимые на защиту.

1. Гидрофобизация карбонатного шлама химводоподготовки отходом ДСК увеличивает его нефтеёмкость.

2. Выбранные условия модификации шлама химводоподготовки позволяют получить СМ «ГКШ».

3. Удаление растворенных НП разработанным «ГКШ» из водной среды происходит вследствие физической адсорбции, что подтверждается исследованием кинетики процесса.

4. Полученный «ГКШ» может быть использован для очистки пруда-отстойника от нефти и НП.

5. Разработанная принципиальная схема очистки пруда-отстойника от НП полученным «ГКШ», которая включает блок производства гидрофобного материала и технологическую схему утилизации насыщенного НП «ГКШ» в качестве ВЭР на линии сжигания твердых отходов АО «МЦБК» позволит уменьшить антропогенное воздействие нефтедобывающих и нефтехимических производств на окружающую среду.

Личный вклад автора заключается в выборе объектов исследования, в обсуждении целей, задач и методов их решения, проведения экспериментальных исследований, обработке их результатов, формулирования выводов основных научных положений, опубликовании полученных результатов и апробации материалов диссертационной работы.

Достоверность результатов подтверждается применением аттестационных методик, государственных стандартов. Эксперименты выполнены с использованием современного оборудования, методик качественного и

количественного химического анализа, результаты получены в ходе многократных измерений и с последующей статистической обработкой.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружающей среды» (Белгород, 2015), V Международном форуме «Энергоэффективность и энергосбережение - ENES 2016» (Москва, 2016 г.); научно-практической конференции с международным участием «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017» (Севастополь, 2017 г.), XVIII Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2018 г.), Международной научно-технической конференции «Инновационные пути решения актуальных проблем природопользования и защиты окружающей среды» (Алушта, 2018 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных трудах, включая 1 патент на изобретение, 1 статью в журнале Бсорш, 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 163 страницах текста, состоит из введения, 5 глав, заключения. списка литературы, включающего 176 наименований и приложения на 5 страницах. В работе 30 рисунков и 30 таблиц.

Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет» в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности (№13.6384.2017/БЧ).

Глава 1. Очистка водных объектов от нефти и нефтепродуктов

отходом производства

Промышленные предприятия и производства определяют экологическую обстановку. Существующая структура промышленности, устаревшие технологии формируют широкий круг природоохранных проблем и резко обостряют экологическую ситуацию. В настоящее время все чаще происходит загрязнение окружающей среды нефтью и НП в результате аварий судов в море; во время добычи, переработки и транспортировки нефти. Нефтяные загрязнения также случаются при сбросах сточных вод предприятиями, при промывке промышленного оборудования и др. Еще одним источником нефтяного загрязнения являются железнодорожные пути. Те пути, которые находятся на расстоянии менее 100 метров до водных объектов, загрязняют их путем вымывания из грунтов во время дождя, таяния снега. Далее они могут оказаться в водных объектах.

В независимости от источника, нефтяные загрязнения представляют большую опасность для окружающей среды. По степени пагубного влияния на окружающую среду нефть и НП занимают второе место после радиоактивного загрязнения [1]. Углеводородный состав нефти варьируется в достаточно широких пределах в зависимости от месторождения. Алканы являются преобладающим классом углеводородных соединений нефти. Их содержание составляет от 30 до 86 %, циклоалканов - 40-70 %, аренов - 15-35 % [2].

По данным Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации [3], общая протяженность нефтепроводов в России составляет 62 тыс. км, магистральных газопроводов - 149 тыс. км. Только по Самарской области, общей площадью 56,3 тыс. км2, проходит 2,5 тыс. км магистральных и подводящих нефтепроводов и 2,4 тыс. км газопроводов, где ежегодно отмечается до 4 тыс. прорывов нефтепроводов и загрязнение нефтью до 190 га земель. Особенно опасны разливы нефти при авариях на нефтеналивных судах.

По словам министра Минприроды, компании не проявили должного внимания замены своих линий транспортировки нефти: трубопроводов, резервуаров. В связи с чем, устаревшее оборудование не терпит нагрузки и агрессивную среду - вследствие чего происходят прорывы нефти.

По данным правительства республики, в Татарстане, в течение первой половины 2016 года добыто 26,2 млн. тонн, а за 2015 год - 39 млн. тонн нефти [4,5]. Объемы добычи нефти в мире постоянно увеличиваются, несмотря на это, ежегодно происходит 10-15 тысяч прорывов нефтепромысловых трубопроводов, их них 30 % российских нефтяных компаний, при этом в мировой океан ежегодно попадает до 6 млн. тонн нефтепродуктов [6].

Ежегодного в реку Волга сбрасывается примерно 15 % от общего объема стока загрязненных сточных вод России. Среднегодовой сток реки составляет в

3 3

среднем 240-250 км , каждый год в Волгу сбрасывается примерно 20 км сточных вод, которые содержат 367 тыс. т органических веществ, 13 тыс.т нефтепродуктов, 43 тыс. т азота, 20 тыс. т фосфора и прочих загрязняющих веществ [7]. Повышенное загрязнение водной среды, которое связано с повышением антропогенного воздействия на водные системы - неизбежный процесс, который сопровождает повышение числа населения, деятельности промышленных предприятий, повышения количества автомобилей и др. На территориях вблизи реки Волги проживает около 40% населения страны, находятся до 50 % промышленных предприятий и более 40% сельскохозяйственных угодий. По Волге и ее притокам проходит свыше 70 % грузооборота речного транспорта страны [4].

На территории Республики Марий Эл ежегодно случаются аварийные нефтяные разливы, которые загрязняют поверхностные водные объекты, что в дальнейшем приводит к загрязнению грунтовых и талых вод. В 2015 году произошел разлив нефти на реке Малая Кокшага по причине дорожно-транспортного происшествия: на Ленинском проспекте опрокинулась цистерна мазутовоза и из пробоины в емкости в Малую Кокшагу вытек мазут марки М-100 [9]. В 2016 году в акватории судоремонтного завода на Волге теплоход

затонул до уровня второй палубы и сел на грунт. В результате чрезвычайного проишествия с теплоходом в месте, где в Волгу впадает река Звенига, разлилось около 50 кг НП и образовалось нефтяное пятно размером 200 кв. м [10].

По данным доклада об экологической ситуации в Республике Марий Эл Департамента экологической безопасности, природопользования и защиты населения Республики Марий Эл, в 2016 году в водоемы Республики Марий-Эл

-5

сброшено 57,16 млн.м сточных вод, из них загрязненных нефтью и

-5

НП: 14,44 млн.м , объем недостаточно очищенных сточных вод составил

3 3

48,14 млн.м (84,2 %), нормативно-очищенных - 5,21 млн.м (9,1 %), нормативно чистых - 3,81 млн.м3 (6,7 %) [11].

Нефть, а именно углеводороды, которые в ней присутствуют - основные загрязняющие вещества морей, рек и водоемов. Они создают загрязнения, которые плавают на воде в виде нефтяных пятен и осевших на дно тяжелых фракций [12]. Легкие фракции имеют высокую токсичность по отношению к живым организмам, но они быстро испаряются за счет чего их влияние кратковременно. В свою очередь, тяжелые фракции имеют меньшую токсичность, но, несмотря на это, они опускаются на дно водоемов, рек и морей и, находясь там долгое время, затрудняют водообмен и газообмен [16].

Чтобы своевременно проводились работы по ликвидации нефтяных разливов нефти и нефтепродуктов, правительство Российской Федерации разработало и приняло ряд постановлений [14, 15].

По данным доклада Председателя Правительства Российской Федерации Д. А. Медведева от 25 января 2018 года «О проектах федеральных законов «О внесении изменений в статью 46 Федерального закона «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации» и «О внесении изменений в Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях в части усиления ответственности за нарушение требований экологической безопасности при проведении работ в сфере недропользования», сообщалось, что в целях ликвидации правового пробела, оптимизации и создания прозрачного регулирования в сфере предупреждения и ликвидации разливов

нефти и НП предлагается установить уведомительный порядок утверждения плана предупреждения и ликвидации разливов нефти и НП на сухопутных территориях по аналогии с федеральными законами «О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации» и «О континентальном шельфе Российской Федерации». Предусматривается также административная ответственность за правонарушения, связанные с невыполнением предусмотренных законодательством требований по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, несвоевременным представлением, представлением не в полном объёме или представлением заведомо недостоверных сведений о мероприятиях по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, невыполнением в установленный срок предписаний федеральных органов, осуществляющих государственный экологический надзор, об устранении нарушений законодательства [16].

В последнее время повышается уровень загрязнения нефтью и НП водных объектов по всей территории Российской Федерации. Например, в 2015 году в реках Волга, Белая, Колыма показатель среднегодовой предельно допустимой концентрации (ПДК) по нефтепродуктам составил 2-3 ПДК, в водохранилищах городов Чебоксары и Волгограда 3 и 10 ПДК соответственно. В реках Охинка и Иртыш среднегодовой показатель ПДК достиг 38 и 381 ПДК соответственно. В водохранилище города Нижнекамска зафиксировано резкое повышение уровня загрязненности [17].

Нефть и нефтепродукты являются очень сложными по своему физико-химическому составу и могут включать в себя различные соединения, которые в основном состоят из углеводородов: парафиновые, ароматические и нафтеновые [18, 19]. Во время взаимодействия нефти и нефтепродуктов с водой происходят превращения, результат которых зависят не только от состава и свойств нефти и нефтепродуктов, но и от условий загрязняющего объекта. За счет этого образовавшиеся соединения исчезают или меняют свое строение вещества, входящие в исходный состав нефти и нефтепродуктов. Весьма опасными

оказываются продукты трансформации нефти в водной среде и их последующий контакт с другими загрязнителями; особо опасным является возникающий эффект синергизма [20].

Одна из причин важности вопроса о нефтяных загрязнениях -сложность и динамичность процесса. С самого начала попадания нефти в водную среду, начинаются сложные процессы переноса, рассеивания и трансформации. Нефть расплывается, испаряется, растворяется, эмульгируется, оседает на дно или прилипает к берегу, тем самым загрязняет почву и растительность. Процесс движения нефтяного пятна происходит в связи с поверхностным течением и ветра. Скорость отклонения суммируется из 95-97 % скорости поверхностного течения и 3-5 % скорости ветра [21].

Некоторые процессы и характеристики нефти и нефтепродуктов, попадающих на водную акваторию:

- растекание - процесс увеличения площади нефтяного пятна и уменьшение толщины нефтяной пленки;

- перенос - процесс изменения положения нефтяного пятна за счет физических явлений: ветра, течения;

- испарение - процесс перехода компонентов легкой фракции нефти в атмосферу;

- диспергирование - процесс рассеивания нефтяной пленки с поверхности воды в водную толщу с образованием капель за счет турбулентного перемешивания и воздействия поверхностных волн, приводящее к снижению количества нефти на поверхности водного объекта;

- эмульгирование - процесс образования эмульсий, приводящий к увеличению объема разлива (50-80 %), изменению вязкости, плотности нефти, температуры вспышки;

- осаждение - процесс потопления нефти на дно водного объекта, из-за увеличения ее плотности в результате протекания природных процессов ее трансформации, сорбции взвешанными частицами, уменьшения волнения;

- окисление - процесс трансформации нефтяных углеводородов за счет влияния кислорода, солнечного света, миктроорганизмов;

- растворение - переход компонентов нефти, имеющих низкую молекулярную массу в толщу воды, приводящий к токсическому воздействию;

- биоразложение - трансформация нефтяных углеводородов из-за воздействия микроорганизмов, зависящая от степени диспергирования нефти, температуры, содержания биогенных элементов [20].

1.1 Методы очистки водных объектов от нефтяных загрязнений

Первоочередная задача при аварийном загрязнении - локализировать его на водном поверхности. Это можно сделать при помощи специального технического оборудования, например, используя боновое заграждение. Применение бонов значительно облегчает дальнейший сбор и ликвидацию нефтяного загрязнения. Важно предотвратить распространение загрязнения и уменьшить площадь нефтяного пятна [23].

Ликвидация и локализация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов предполагает исполнение комплекса задач и реализацию методов. В связи с этим важным является поиск экологически безопасных методов ликвидации загрязнений нефти с водных источников. В настоящее время существует множество методов:

- механические;

- термические;

- биологические;

- физико-механические, и др.

Механические методы основаны на гравитационном разделении материалов, которые позволяют извлекать из водных сред НП, находящиеся в грубодисперсном состоянии. Поэтому механическую очистку проводят совместно с другими, более тонкими методами [24, 25].

Механический сбор нефти является важнейшей мерой - эффективность этого метода достигается впервые часы после разлива, за счет наибольшей толщины нефтяного пятна [26].

Сбор нефти и нефтепродуктов с водной поверхности может осуществляться двумя основными механическими методами:

- стационарный сбор нефти - при этом методе применяются боны и нефтесборщики для локализации и ликвидации нефти.

- передвижной сбор нефти - использование скиммеров: устройства, предназначенного для сбора нефти и нефтепродуктов с верхнего слоя водной среды.

Скиммер размещается на контактной подвеске буксируемого двумя судами бонового заграждения, V- или J-образной конфигурации (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 -

Схемы развертывания бонов и локализации загрязнения с помощью бонового заграждения.

На рисунке 1.2 представлены возможные схемы локализации нефтяного загрязнения с помощью бонового заграждения [27].

Рисунок 1.2 - Локализации загрязнения с помощью бонового заграждения.

Сегодня для локализации нефтяных разливов выпускается свыше 200 видов боновых заграждений. Авторы [82] выделяют следующие основные виды боновых заграждений: ленточные, щитовые, трубчатые, многотрубчатые и сложнотрубчатые.

Термический метод - это выжигание слоя НП. Данный метод применим при достаточной толщине слоя и непосредственно после загрязнения, до образования эмульсии с водой. Метод является эффективным, если толщина слоя более 3 мм. Важно, данный метод применяется в комплексе с другими методами ликвидации.

Биологический метод ликвидации нефтяных загрязнений применяются при низком содержании углеводоров в водных объектах, когда применение механических средств сбора невозможно [29].

Суть метода заключается в использовании микроорганизмов, которые используют углеводороды в качестве источника углерода и энергии, обладающими ферментивными системами и метаболическими путями их потребления [30].

В настоящее время все чаще уделяется внимание физико-химическим методам ликвидации нефтяных загрязнений. К данным методам относятся использование химических реагентов и сорбционных материалов.

Важная задача на сегодняшний день - разработать и улучшить методы ликвидации последствий, которые повлекли за собой нефтяные загрязнения. Проведение работ по инженерной защите окружающей среды от пагубного техногенного влияния рекомендуется решением целого комплекса задач с помощью современных всевозможных методов и средств.

Перспективным методом очистки водных источников является адсорбция.

1.2 Адсорбция как метод очистки водных сред от нефтепродуктов

Адсорбция - это процесс изменения содержания вещества на границе раздела фаз. При данном процессе поглощаемое вещество находится на поверхности сорбента. Данный метод очистки водных источников является наиболее эффективным. Эффективность заключается в возможности очистки вод, в состав которых входят различные вещества, а также в том, что эти вещества рекуперируются. Этот метод прост и сравнительно экономичен. Метод адсорбции используется при обезвреживании водных сред от загрязнителей различной природы: гербициды, фенолы, ПАВ, пестициды, ароматические соединения азота, красители и т.д. [31].

Во время процесса адсорбции молекул растворенного вещества из водной среды под влиянием поверхностного силового поля переносятся на сорбционый материал. Величина силы, под действием которой вещество, которое извлекается из воды, фиксируется на поверхности сорбционного материала, характеризуется следующим образом: силы взаимодействия молекул за вычетом величины молекул растворенного вещества, молекулы которого извлечены с поверхности сорбционного материала и молекул вещества, которое растворено молекулами воды в растворе в результате процесса гидратации. Чем больше значение энергии гидратации поверхности молекул вещества, которое извлекается, тем медленнее происходит адсорбция вещества из раствора [25].

При наличии большого количества адсорбционных сил, все явления адсорбции являются физическими и химическими [33].

Физическая адсорбция основана на молекулярном взаимодействии - на дисперсионных силах [33]. Эти силы свидетельствуют о том, что молекулы сорбционного материала и загрязнителя сближаются - и за счет этого проявляются силы взаимного притяжения движения частиц [34].

По формуле 1.1 можно рассчитать поте нциальную эн ергию взаимод ействия дв ух молекул:

и М = (1.1)

где г - значение расстояния между центрами, Ь -константа (эмпирическая), сп- константа поляризации.

Вышеуказанное уравнение говорит о том, что адсорбционные взаимодействия проявляется только при очень маленьких расстояниях [35].

В случае химической сорбции, индивидуальность поглощаемого вещества и сорбционного материала не сохраняется [36, 37]. Различие физической и химической адсорбции заключается в теплоте сорбции [33, 38].

В процессе хемосорбции сорбированные молекулы не движутся на поверхности сорбционного материала, в этом случае они фиксируются на поверхности, и эта адсорбция - локализованная. Явление физической адсорбции разделяется на два типа: локализованная и не локализованная. Чаще всего, когда повышается температура, молекулы становятся подвижными и тем самым изменяют характер: процесс локализованной адсорбции становится нелокализованным [38].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хамзина Диана Айратовна, 2018 год

использования

ПДКр.х(ОБУВ), мг/л 0,1 2 10 4 0,05 3 180 4 100 4 0,1 3

Класс опасности в воде 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

рыбохозяйственного

использования

ПДКс, (ПДКм.р., ОБУВ), мг/м3 0,0003 1 0,07 2 0,03 2 0,0001 1

Класс опасности в 1 1 2 2

атмосферном воздухе

ПДКпп (МДУ, МДС), мг/кг 0,05 2 0,3 2

Ь§(8,мг/л/ПДКВ, мг/л) <1 4 0 4 <1 4 0 4

Ьв(Снас, мг/м3/ПДКрз) <1 4 <1 4

lgKow <1 4

ЬВ50,мг/кг 5000 3 4025 3 2430 3

ЬС50,мг/м

Информационное обеспечение 0,92 4 0,66 2 0,42 1 0,58 2 0,33 1 0,83 3

Первичные показатели Т1 N1 Fe Си 7П яь

опасности Значение Балл Значение Балл Значение Балл Значение Балл Значение Балл Значение Балл

ПДКп(ОДК*), мг/кг 4 2 3 2 23 3

Класс опасности в почве 2 2 2 2 1 1

ПДКв(ОБУВ), мг/л 0,1 2 0,1 2 0,3 3 1 3 1 3

Класс опасности в воде 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

хозяйственно-питьевого

использования

ПДКр.х.(ОБУВ), мг/л 0,06 4 0,01 3 0,1 3 0.001 2 0,01 3 0,1 4

Класс опасности в воде 4 4 3 4 4 4 3 3 3 3 4 4

рыбохозяйственного

использования

ПДКс.с(ПДКм.р., ОБУВ), мг/м3 0,002 1 0,007 1

Класс опасности в 2 2 3 3

атмосферном воздухе

ПДКпп (МДУ, МДС), мг/кг 0,5 2 30 4 10 3 5 4

Ь§(Б,мг/л/ПДКВ, мг/л) 0 4 <1 4 <1 4 4 2 0 4

Lg(Снас, мг/м3/ПДКрз) <1 4

lgKow

LD50,мг/кг >1000 3 780 3 5000 3 2000 3 3800 3

LC50,мг/м 6,8 1 0,09 1 470 3 5,48 1

Информационное обеспечение 0,58 2 1 4 0,83 3 0,75 3 0,83 3 0,25 1

Первичные показатели Ba Бг Mg Сг

опасности Значение Балл Значение Балл Значение Балл Значение Балл Значение Балл Значение Балл

ПДКп(ОДК*), мг/кг 2,1 1 40 4 6 3

Класс опасности в почве 1 1 1 1 1 1

ПДКв(ОБУВ), мг/л 0,7 3 7 4 0,0005 1 10 4 0,4 0,05 0,00 15

Класс опасности в воде 3 3 4 4 1 1 2 2 50 3 0,05 3

хозяйственно-питьевого

использования

ПДКрх.(ОБУВ), мг/л 0,4 4 0,00001 1 0,01 4 0,07 3

Класс опасности в воде 4 4 1 1

рыбохозяйственного

использования

ПДКс.с(ПДКм.р., ОБУВ), мг/м3 0,004 1 0,003 1 0,002 3 0,0015 1

Класс опасности в 1 1 1 1

атмосферном воздухе

ПДКпп (МДУ, МДС), мг/кг 0,005 1

Lg(S,мг/л/ПДКВ, мг/л) <1 4

Lg(Снас, мг/м3/ПДКрз) 6 1

lgKow 4,7 2

LD50,мг/кг 57 2 25 2

LC50,мг/м

Информационное обеспечение 0,42 1 0,33 1 0,92 4 0,25 1 0,27 1 0,21 1

Расчет класса опасности золы, которая образуется при утилизации насыщенного НП «ГКШ»

Элемент г! LgWi ^ С1 К1

РЬ 3,050 21,129 0,002 0,001 3,050

Б -0,112 0,893 0,6 0,671 4,106

Р -0,112 0,893 4,4 4,924 4,106

Са -0,113 0,986 76 77,027 4,0133

К 3,933 51,076 8,2 0,160 3,933

Мп 3,424 30,691 4 0,130 3,424

Т1 3,500 33,115 0,07 0,002 3,500

N1 3,058 21,293 0,007 0,0003 3,058

Fe 3,906 49,732 1,4 0,028 3,906

Cи 2,733 15,384 0,007 0,0004 2,733

гп 2,696 14,834 0,6 0,040 2,696

яь 3,666 39,121 0,006 0,0001 3,666

Ва 2,110 8,253 0,6 0,0724 2,110

Бг -0,22 0,800 0,2 0,249 4,200

Hg 1,444 4,237 0,01 0,002 1,444

2,666 14,391 3,8 0,264 2,6666

Mg 3,111 22,203 0,002 0,001 3,111

Сг 3,079 21,358 0,008 0,004 3,147

К=Жг 89,832

Акты возможности внедрения

к

ЦМЯЕ6®

Наунао-ик-кдомштиК, проектный шастаатуа - 1111(111 ТЕХНОПОЛИС

Акционерное общество «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат»

(АО «М ЦБК»)

475(0(1 госехк** фалермни, РесмуАм» Ш^-л Э». г Ьопис». у.«. К*фм Мцмоп. т* «О iipiitMi« ки.^ви 4-4Í-6S. млел <бып taMJ|6-t)-W. E-nuil uiT»iüm«itum та. hitp/tarvw пшЫаго

ИМИ ШбОЮОДКПП IZtMUOOl ^n WTOKIHÍIMtí-IfteOlimivuMí.i Ьиш ИТЬ<ИА*>) i Нишки Hotruv*» т IhmiM* Ивчуец. *к ЮЮЩОМОМОМИУТ и ГРКЦГУ ЦЬ ИР 11—ириштй ОЬ«сш БИК ОСЗЮЯЛ ОПТУЭОЧНЫЕ РЕКВИЗИТЫ UM" *t«x rfyfcj«|. ti Вовжх« íbjinonenrat «л Кса стишки 251902. wu иреыцним« >"«0

Юр .-'почт, адр: 42002S. 1'Ф. г, Катань. ух. Дж. Файэи. !4-а.

ИНН 166014)24}. КПП 1ДМЮ1001

L-inail: ml^.gi-nipi.m. +7($43) 258-25-90

Чех. Л_/7 кпу._

от *07и марта 20 Иг.

+7 (843)21 l'JS*30, www.npo-t.rxi

WlVWl-njpi JU www. haiyuan-gioup.ru ww*', /enitbrf.ru

Справка

О возможности использования гидрофобного сорбииоиного материала на основе карбонатного шлама для очистки водных сред от нефтяных загрязнений

В последние годы появилось новое направление в области охраны окружающей среды применение промышленных отхода в качестве вторичных материальных ресурсов, в том числе для очистки водных сред от нефтепродуктов. На предприятии АО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат» для очистки пруда-отстойника от нефтяных пленок применяются механические н физико-химические методы. Для проведения очистки oí нефтепродуктов до требуемых шачений ПДК водоемов рыбо-хозяйствеииого назначения используется сорбиионный метод очистки Для проведения рссурсосбсро акмиих мероприятий снижения антропогенного воздействия промышленных предприятий на окружающую среду возможно вторичное использование отходов самих производств для очистки пруда-отстойника от нефтепродуктов. В качестве такого огхода в диссертаютонной работе рассматривается шлам химводоподготовая на ТЭЦ. эксплуатируемой на предприятии '¡амачучеиный отработанный сорбнионный материал можно сжигать с получением тепла на котельной, находящейся на территории АО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат».

В диссертационной работе Хамзииой Д.А. показано технолоптческое решение использования гидрофобного карбонатного шлама в схеме очистки пруда-отстойника от нефтепродуктов и утилизации вышеуказанного замалученного сорбииоиного материала № АО «Марийский целлюлозно-бумажный комбинат и в качестве вторичного чиергетического ресурса

Расчеты экономической эффективности н предотвращенного «алогического ущерба подтверждает практическую гюлму данного технологического решения н делает его гфименение перспективным Предотвращенный дологический ушерб при использовании данного технического решения составляет 16512.6 тыс.руб./год.

АКТ

О результатах внедрения решений и предложений в производство, разработанных в диссертационной работе Хамимюи Лианы Айратовиы аспирантки 4 годи обучения кафедры 'Технологии волы и топтцип" ФГВОУ ВО 'Казанского государственного энергетического университета" по 1еме диссертационной работы на соискание степени кандидата технических наук: "Очистка водных срсд от нефтяных мцшжишй гидрофобным карбонатным шламом".

В феврале 2018г ООО НПО «Технополис» произвел первый пробный запуск производства активированного тоикодисперсного порошка с исполмоваиием ш ллмов - коса, с влажное г ыо 50"V иеча химводоочнетасн (ШХВО) ТЭЦ (ГТТК-1) филиала ТГК-16. г Нижнекамска, врак 1водителыюстью 5 та'час

Проект производства был осушеслвлен научно-исследовательским, проектным институтом <Н111111) "Технополис». На стадии технологического проектирования были использованы рекомендации, р^улыаты научно-исследовательских робот кафедры Технологии воды и топлива*.

Технологическая линия помюляет производить сорбционные материалы с использованием ШХВО для удаления нефтссодержаших загрязнителей в сточных водих. а также других материалов, где используются химически осажденные шиколпсперсные (7 мкм) карбонатные материалы.

Хамнгной Д.А разработан новый гидрофобный сорбиионный материал! на основе промышленного отхода - карбонатного шлама, который позволяет осуществляй, эффективную очистку водных срсд от нефтяных зпгрялнений. Также предложено решение >тнлнзапни отработанного сорбииоиного материала - в качестве вторичного энергетического ресурса путем сжигания с получением тепла.

Использование полученных результатов позволяет повысить качество очистки водных сред (П нефтепродуктов, сократить затраты на утилизацию карбонатного шлама химводоподготовкн. повысить шиигмнчсскую эффективность промышленных предприятий.

Директор //////// « Технопо. ни »

¿B

МП

Ниащ Вмисвич У сманив

¡Моб. тел ♦ 7-УОЗ-3-10-264'