Ресурсосберегающая технология обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Ширинкина, Екатерина Сергеевна

• Ширинкина, Екатерина Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ширинкина, Екатерина Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОБЪЕКТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

1.1. Анализ технологии получения магния и титана (на примере титаномагниевого производства АВИСМА филиал ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» г. Березники).

1.1.1. Краткая характеристика технологии получения магния и его сплавов и анализ воздействия производства на объекты окруэюающей среды.

1.1.2. Краткая характеристика технологии получения титановой губки и анализ воздействия на объекты окружающей среды.

1.2. Анализ условий формирования сточных вод. Характеристика их химического состава.

1.3. Анализ технологии очистки сточных вод титаномагниевого производства реагентным методом на примере предприятия АВИСМА филиал ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».

1.4. Технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства.

1.4.1. Методы локального обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства с использованием ресурсного потенциала их компонентов.

1.4.2. Реагентные методы обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства

1.4.3. Анализ методов деминерализации сточных вод.

ГЛАВА 2. ОБЪЕМЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методики определения химического состава сточных вод.

2.2. Методики определения оптимальных условий проведения процесса реагентного обезвреживания сточных вод.

2.3. Методики определения оптимальных условий флокуляции сточных вод.

2.4. Методики определения химических и физико-химических свойств осадка.

2.5. Методики определения оптимальных параметров работы центрифуг.

2.6. Методики проведения исследований по деминерализации сточных вод.

2.7. Методики проведения экспериментов по определению свойств противогололедных жидкостей.

2.8. Статистическая обработка результатов исследований.

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА.

3.1 Анализ химического состава сточных вод титаномагниевого производства.

3.2. Обоснование технологических параметров реагентной обработки сточных вод титаномагниевого производства.

3.3. Обоснование технологических параметров процесса осветления сточных вод титаномагниевого производства.

3.4. Обоснование технологических параметров процесса центрифугирования осадка.

3.4.1. Определение химического состава осадка.

3.4.2. Определение физико-химических свойств осадка.

3.5. Исследование процессов обезвоживания осадка в лабораторных условиях.

3.6. Обоснование технологических параметров процесса обезвоживания осадка в опытно-промышленных условиях.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПОЛУЧЕНИЕМ ТОВАРНЫХ ПРОДУКТОВ.

4.1. Исследование процесса деминерализации сточных вод титаномагниевого производства.

4.2. Исследование возможности получения противогололедного материала в процессе деминерализации сточных вод титаномагниевого производства.

4.3. Исследование противогололедных свойств концентрата, образующегося при деминерализации сточных вод и оптимизация его состава.

4.3.1. Исследование химических и физико-химических свойств концентрата.

4.3.2. Оптимизация состава противогололедного материала на основе концентрата при добавлении хлорида магния.

4.3.3. Оптимизация состава противогололедного материала на основе концентрата при добавлении шлама карналлитовых хлораторов.

4.4. Исследование коррозионной активности полученного противогололедного материала и разработка способов ее снижения.

4.5. Анализ соответствия полученных противогололедных композиций существующим нормативным требованиям.

4.6. Анализ возможности использования полученного при деминерализации сточных вод концентрата в качестве бурового раствора и раствора для глушения добывающих скважин.

ГЛАВА 5 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА.

5.1. Эколого-экономические аспекты реагентного обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства.

5.2. Эколого-экономические аспекты обезвоживания осадков сточных вод титаномагниевого производства.

5.3. Эколого-экономические аспекты деминерализации сточных вод титаномагниевого производства.

5.4. Суммарный эколого-экономический эффект при внедрении технологии.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Ресурсосберегающая технология обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства»

Актуальность темы. Титан и магний являются важнейшими конструкционными металлическими материалами, их производство совмещается в две параллельные и взаимосвязанные технологические линии.

Технология производства титана и магния, а также процессы удаления образующихся твердых отходов и обезвреживания газовых выбросов, связаны с потреблением значительного количества воды. При производстве магния и сплавов на его основе образуется около 4,5 м сточной воды на тонну продукции, в производстве титана - 20,5 м /т продукции.

Сточные воды производства формируются в результате абсорбционной очистки газовых выбросов, содержащих хлор и его соединения, и гидроразмыва шламов установок хлорирования титанового сырья, характеризующихся высоким содержанием хлоридов металлов (Са, К, N3, Бе, Т1, Мп, Сг, Си, Ъп).

Традиционно обезвреживание образующихся стоков производят путем смешения потоков, их усреднения и нейтрализации кальцийсодержащими реагентами с последующей флокуляцией образовавшихся взвесей, осаждением осадка, его сгущением или обезвоживанием. Существующие технологии очистки сточных вод не обеспечивают требований, предъявляемых к качеству очищенной воды по содержанию ионов тяжелых металлов, взвешенным веществам, минеральным примесям (хлоридам кальция, магния, сульфатам), что не позволяет сбрасывать их в открытый водоем без дополнительной обработки или разбавления.

Для решения этой проблемы часто используются искусственные гидротехнические сооружения - промышленные каналы, в которых происходят процессы смешения, разбавления и дополнительной очистки в результате изменения рН среды. Однако, как правило, и в этом случае не возможно добиться требуемого качества очистки и высокоминерализованные стоки поступают в поверхностные водоемы.

Особенностью сточных вод титаномагниевого производства является содержание в них ионов металлов различной природы (щелочных, щелочноземельных, ё-элементов, в том числе обладающих амфотерными свойствами). Степень их обезвреживания и качество очищенных вод при реагентной обработке будет зависеть от рН осаждения, растворимости гидроксидов, возможности образования гидроксокомплексов и др., поэтому оптимизация условий реагентной обработки сточных вод позволит повысить эффективность обезвреживания.

Высокое содержание взвешенных веществ в очищенной воде часто обусловлено проведением процесса флокуляции взвесей в неоптимальном режиме, а также использованием малоэффективных методов сгущения и обезвоживания осадка, например, гравитационных с возвратом, образующейся при сгущении воды на очистные сооружения.

В условиях ужесточения требований к качеству сбрасываемых сточных вод, при высоком солесодержании актуальна разработка способов их деминерализации с последующим возвратом в производственный цикл.

Снижение экологической нагрузки титаномагниевого производства на объекты гидросферы является актуальной экологической и технологической проблемой, требующей решения.

Целью работы: разработка ресурсосберегающей технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства, обеспечивающей минимизацию их негативного воздействия на водные объекты.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести комплексный эколого-технологический анализ условий формирования и технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства.

2. Провести теоретическое и экспериментальное обоснование технологических параметров глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов реагентным методом.

3. Разработать технические решения по снижению содержания взвешенных веществ в сточных водах и уменьшению объема образующегося осадка и установить оптимальные параметры проведения процессов обезвреживания сточных вод.

4. Исследовать возможность применения мембранных методов для доочистки осветленных вод от минеральных примесей с получением жидких противогололедных материалов и изучить их эксплуатационные свойства.

5. Провести технико-экономический и экологический анализ разработанной ресурсосберегающей технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства:

Объект исследования. Сточные воды и осадок сточных вод титаномагниевого производства на примере предприятия АВИСМА филиала ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» г. Березники Пермского края (АВИСМА).

Предмет исследования. Анализ воздействия сточных вод титаномагниевого производства на окружающую среду; влияние величины рН и дозы флокулянта на качество и глубину очистки сточных вод; закономерности мембранной очистки сточных вод с получением товарных продуктов.

Научная новизна:

• Определены закономерности реагентной обработки сточных вод титаномагниевого производства и установлено, что проведение процесса при рН 10-10,5 обеспечивает глубокую очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов.

• Обоснована замена гравитационного метода сгущения и обезвоживания осадка сточных вод центрифугированием, определены зависимости остаточной влажности и структуры осадка сточных вод от дозы флокулянта «Праестол 2510» и оптимальные условия проведения процесса, обеспечивающие снижение объемов осадков сточных вод на 3040%.

• Установлена возможность использования концентрированного раствора, образующегося при деминерализации осветленных сточных вод в качестве противогололедного материала. На основе концентрата разработаны составы жидких противогололедных материалов, применение которых возможно в температурном диапазоне от 0 °С до -20 °С.

Практическая значимость:

Разработаны технические решения и технология по обезвреживанию сточных вод титаномагниевого производства, позволяющие снизить содержание в очищенной воде взвешенных веществ (до 50-150 мг/дм3), ионов

О л тяжелых металлов (Cr (III) до 0,075 мг/дм , Мп (общ.) до 0,154 мг/дм , Fe(o6i4.) до 0,420 мг/дм ) и минеральных солей (до 315 мг/дм по хлорид-ионам). Разработана технология доочистки осветленных сточных вод мембранными методами с получением товарных продуктов и возвратом очищенной воды в технологический цикл предприятия. Проведен технико-экономический анализ разработанной технологии и определен предотвращенный экологический ущерб - 17073,2 тыс. руб. Результаты исследований используются в учебном процессе подготовки специалистов по направлению 280200.62 «Защита окружающей среды» в курсах лекций по дисциплинам «Экология», «Физико-химические методы защиты биосферы».

Достоверность результатов исследований подтверждается применением классических методов исследования, принятых в аналитической и физической химии, сопоставимостью результатов теоретических, лабораторных и опытно-промышленных исследований, применением статистических методов обработки экспериментальных данных с помощью ЭВМ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• Результатами комплексного эколого-технологического анализа установлено, что основным фактором негативного воздействия титаномагниевого производства на окружающую среду являются сточные воды, характеризующиеся высоким содержанием хлоридов металлов различной природы

• Установленные оптимальные параметры реагентной очистки и осветления сточных вод позволяют повысить эффективность очистки на 3099% по металлам в зависимости от природы металла.

• Процесс центрифугирования осадка сточных вод в присутствии л флокулянта марки «Праестол 2510» в дозе 0,2 г/дм обеспечивает снижение влажности осадка с 85-87% до 60-65%, объема - до 40% (об.), при этом, остаточная концентрация взвешенных веществ в фугате составляет не более 50-150 мг/дм3.

• Мембранная очистка осветленных сточных вод от минеральных примесей обеспечивает получение пермеата, вторично используемого для технологических целей и концентрата, применяемого в качестве жидкого противогололедного материала, бурового раствора и/или раствора глушения добывающих скважин при нефтедобыче.

• Разработанная ресурсосберегающая технология очистки сточных вод позволяет минимизировать негативное воздействие титаномагниевого производства на поверхностные водные объекты, получить товарные продукты, сократить водопотребление (на 1,5 млн. м /год) за счет получения воды, пригодной для повторного использования в технологических процессах предприятия.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно - технической конференции «Автотранспортный комплекс - проблемы и перспективы, экологическая безопасность» (26-27 апреля 2007 г), на VI и VII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научнотехнический прогресс» (г. Пермь 15-16 ноября 2007 г и 25-26 ноября 2008 г), на Международном конгрессе по водоотведению и очистке стоков «Вода: экология и технология» (3-6 июня 2008 г), на Международной научно-технической конференции к 30-летию автодорожного факультета ПГТУ «Состояние и перспективы транспорта. Обеспечение безопасности дорожного движения» (16-17 апреля 2009 г).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список литературы из 183 источников. Текст изложен на 162 страницах, иллюстрирован 21 рисунками и включает 45 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Экология», Ширинкина, Екатерина Сергеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Эколого-технологический анализ титаномагниевого производства показал, что основное негативное воздействие на объекты окружающей среды оказывают сточные воды, характеризующиеся высокой минерализацией (до 33 г/дм по сухому веществу), содержанием ионов тяжелых токсичных металлов (Т1 (IV), Мп (II), Сг (III), Ъп (II)) .

2. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований зависимости растворимости гидроксидов тяжелых металлов от рН разработана двух схема нейтрализации: при рН 10-10,5 с последующим корректировкой рН до 7,5-8,5. Определены оптимальные условия проведения процесса осветления нейтрализованных СВ: применение флокулянтов марок «Праестол 2510» и «Аккофлок А 97» с о анионной активностью в дозе 2,5 мг/дм стоков.

3. В лабораторных и опытно-промышленных условиях установлены оптимальная доза флокулянта «Праестол 2510» (0,2г/дм3 суспензии), обеспечивающая получение твердого структурированного продукта с влажностью 60-65% и фугата с низким содержанием взвешенных веществ о

50-150 мг/дм ). Замена гравитационного способа обезвоживания осадка на механический позволяет на 30-40% уменьшить его объем и сократить поступление взвешенных веществ в осветленный поток сточных вод.

4. Установлена возможность применения для доочистки осветленных сточных вод от минеральных примесей мембранных методов с использованием композитных обратноосмотических мембран Т"\/У30-1812-50 с получением пермеата, вторично используемого в технологических процессах, и концентрата, представляющего собой высококонцентрированный раствор хлоридов, основным компонентом которого является хлорид кальция.

5. Разработаны составы ЖПГМ на основе концентрата и шлама карналлитовых хлораторов и на основе концентрата и хлорида магния характеризующиеся низкими температурами замерзания (от -15 до -26°С); высокой плавящей способностью (до 9 кг/кг); оптимальной вязкостью (0,2 -0,4 Па-с); низкой коррозионной активностью (0,068-0,031 г/м2-ч) 6. Разработаны технологические решения, обеспечивающие снижение негативного воздействия СВ титаномагниевого производства на объекты окружающей среды, позволяющие сократить водопотребление в результате возврата воды в производственный цикл и получить товарные продукты в процессе обезвреживания сточных вод. Суммарный предотвращенный экологический ущерб составит — 17073,2 тыс. руб./год.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

1. Постановление Правительства РФ № 344 от 12 июня 2003 г. «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления»

2. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий./ Е.В. Маркова Е.В., Ю.В Грановский. - М.: «Наука», 1976 - 269 с.

3. Авторское свидетельство СССР №482488, кл. С09КЗ/18 1976 г. Препарат для удаления снежно-ледяных покровов/Я.И. Вайсман, В.А. Костылев, Ю.А. Поляков и др.; заявл. 24.11.87, опубл. 30.04.90 Бюл.№16

4. Авторское свидетельство СССР N 138058, кл. С 22В 7/00, 1961 г. Способ переработки твердых отходов титаномагниевого производства/ М.В. Федорова, М.А. Эйденсон, С.Н. Холмогоров; заявл. 01.09.1960, опубл. 01.01.1961 Бюл. №9

5. Авторское свидетельство СССР N 168886, кл. С 22В 7/00, 1965 г. Способ переработки отходов титаномагниевого производства/ М.А. Эйденхон, С.Н. Холмогоров, М.В. Федорова; заявл. 25.07.1963, опубл. 26.11.1965. Бюл. №5

6. Амиров Я.С. Технико-экономические аспекты промышленной экологии : учебное пособие / Я. С. Амиров, Н. Р. Сайфуллин, Р. Н. Гимаев; Уфимский государственный нефтяной технический университет .— Уфа : Изд-во УГНТУ, 1995. 42: Защита водоемов. - 1995 г. - 263 с.

7. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ./ под ред. Р. Кельнера, Ж-М. Мерме, М. Отте, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство ACT», 2004. - Т1. - 608 с.

8. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ./ под ред. Р. Кельнера, Ж-М. Мерме, М. Отте, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство ACT», 2004. - Т2. - 609 с.

9. Аналитическая химия. Химические методы анализа./ под. ред. О.М. Петрухина. - М.: «Химия», 1992 г. - 400 с.

10.Аннотация по теме НИР: «Исследование возможности использования уловно осветленных стоков сооружений для приготовления известкового молока». - АВИСМА - 21.02.2008 г.

П.Афанасьев И.А. Зимнее содержание улиц и дорог населенных мест Западного Урала : учебное пособие для вузов / И.А. Афанасьев, A.B. Эдельман, Л.И. Афанасьева; Пермский государственный технический университет .— 2-е изд., доп .— Пермь : Изд-во ПГТУ, 2006 .— 73 с.

12. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов./А. Аширов. - Л.: «Химия», 1983 г. — 295 с.

13.Бартова Л.В. Водоотведение и очистка сточных вод. Водоотводящие сети : учебно-методическое пособие / Л. В. Бартова ; Пермский государственный технический университет .— Пермь : Изд-во ПГТУ, 2007 .— 168 с. М.Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Переработка отходов производства и потребления: Справочное издание /Бобович Б.Б., Девяткин В.В.; под. ред. докт. техн. наук, проф. Б.Б. Бобовича. — М.: «Интермет Инжиниринг», 2000 — 496 с.

15.Бобылев С.Н. Экономика природопользования: учебное пособие/ С.Н. Бобылев, А.Ш.Ходжаев М.: ТЕИС, 1997 — 272 с.

16.Булатов А.И., Справочник инженера-эколога нефтедобывающей промышленности по методам анализа загрязнений окружающей среды./ А.И. Булатов, П.П. Макаренко, В.Ю. Шеметов. - М: ООО «Недрабизнесцентр», 1999-42. Почва-634 с.

17.Булатов А.И. Буровые промывочные и тампонажные растворы:учеб пособие для вузов/А.И. Булатов, П.П. Макаренко, Ю.М. Проселков. — М.: Недра, 1999 - 424 с.

18.Вайсман Я.И. Физико-химические методы защиты биосферы: очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов/Я.И. Вайсман, И.С. Глушанкова, Л.В.Рудакова, Н.Ф. Абрамов. - Пермь, 2005 — 195 с.

19.Величко Л.Н. Переработка бедных технологических растворов сточных вод, содержащих ионы цветных и редких металлов/ Л.Н. Величко, С.Г. Рубановская// Экология и промышленность России. - 2007 - №8 - с.38-41

20.Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба., 1991 г.

21.Временная технологическая инструкция по производству литьем под давлением изделий из магниевых сплавов. ВТИ 31-047-2004 - АВИСМА, 2004 г.

22.Временная технологическая инструкция по нейтрализации, обезвреживанию и осветлению производственных стоков комбината. ВТИ38-017-2002. - АВИСМА - 2002 г.

23.Воскобойников В.Г. Общая металлургия : учеб. для вузов / В.Г.Воскобойников, В.А.Кудрин, А.М.Якушев .— 5-е изд., перераб. и доп .— М. : Металлургия, 2000 .— 768 с.

24.Вольхин В.В. Общая химия: учеб. для вузов/Вольхин В.В. - Пермь, 2004. -464 с.

25. Выварец А.Д. Экономика природопользования: Учеб. пособие/ А.Д. Выварец, О.В.Федоренко, С.В.Карелов ; Урал. гос. техн. ун-т - УПИ ; ред. А.Ю.Кузьменко .— М. : ЦНИИцветмет экономики и информации, 1994 - 264 с.