Снижение экологической опасности многокомпонентных щелочных сточных вод предприятия органического синтеза с использованием ресурсосберегающих сорбционных методов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат технических наук Баширов, Радик Робертович

• Баширов, Радик Робертович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Баширов, Радик Робертович

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Сточные воды производств основного органического и нефтехимического синтеза — источники образования, состав стоков и их обезвреживание ^

1.1.1. Сернисто-щелочные стоки производств этилена-пропилена и методы их очистки

1.1.2. Очистка сточных вод синтеза окиси этилена и её производных-этиленгликолей и оксиэтилированных поверхностно-активных веществ

1.1.3. Обезвреживание концентрированных фенолсодержащих стоков

1.2. Многокомпонентные производственные сточные воды -характеристика и особенности их очистки

1.2.1. Классификация производственных сточных вод

1.2.2. Биохимическая очистка многокомпонентных стоков -особенности и условия успешной реализации

1.3. Предочистка многокомпонентных производственных сточных вод механическими, химическими и физико-химическими способами

1.3.1. Озонирование сточных вод

1.3.2. Очистка стоков фильтрованием

1.3.3. Очистка сточных вод адсорбцией

1.3.4. Нейтрализация сточных вод

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1. Характеристика объектов исследования

2.2. Мониторинг загрязняющих веществ сточных вод

2.3. Характеристика нейтрализующих материалов 66 2.4 Характеристика адсорбционных материалов

2.5. Характеристика эксплуатируемых биообъектов

2.6. Методики проведения экспериментов 77 2.6.1. Лабораторные исследования нейтрализации сточных вод

2.6.2. Лабораторные исследования адсорбционной очистки сточных вод 79 2.7. Методы статистической обработки результатов экспериментов и математического моделирования

Глава 3. Исследование нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода

3.1. Лабораторные исследования нейтрализации на пилотной установке

3.2. Опытно-промышленные испытания нейтрализации диоксидом углерода

3.3. Аппаратурно-технологическое оформление промышленного процесса нейтрализации

3.4. Математическое описание нейтрализации сточных вод 98 3.4.1. Расчет абсорбции газообразного диоксида углерода

Глава 4. Исследование адсорбционной обработки многокомпонентных сточных вод

4.1. Исследование сорбционных свойств адсорбционных материалов

4.2. Исследование кинетики адсорбционной обработки

4.3. Исследование динамики адсорбционной обработки

4.4. Эффективность адсорбционной обработки перлитом при «залповых» сбросах 12-

Глава 5. Технико-экономическая эффективность внедрения нейтрализации щелочных стоков диоксидом углерода

5.1. Расчёт предотвращенного экологического ущерба при использовании диоксида углерода для нейтрализации

5.2. Определение показателя энерго-ресурсосбережения

5.3. Оценка капитальных затрат и инвестиционной привлекательности предлагаемых аппаратурно-технологических решений 130 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135 Библиографический список 137 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение экологической опасности многокомпонентных щелочных сточных вод предприятия органического синтеза с использованием ресурсосберегающих сорбционных методов»

Актуальность проблемы. Одной из особенностей крупных химических и нефтехимических комплексов в настоящее время является диверсификация производственной деятельности, выражающаяся в-расширении ассортимента и освоении новых видов выпускаемой продукции, а также вертикальная интеграция с целью обеспечения максимально возможной глубины переработки углеводородного сырья. Следствием данной стратегии развития, обусловленной необходимостью повышения конкурентоспособности предприятия в условиях постоянно меняющихся внешних экономических факторов, кроме всего прочего, является также усложнение качественного состава отходов производства, и, в частности, сточных вод. В результате на очистные сооружения промышленных предприятий поступают многокомпонентные и непостоянные по количеству" и качеству сточные воды. Эти стоки содержат различные классы органических соединений, нередко характеризующихся высокой токсичностью и биорезистентностью. Вдобавок к этому при смешении в общей канализационной сети предприятия сточных вод различных производств часто проявляется эффект синергии, что в некоторых случаях приводит к многократному повышению токсичности стоков. Поэтому при разработке концепции развития и реализации новых проектов реконструкции и модернизации производственных процессов всегда необходимо принимать во внимание проблему очистки сточных вод и необходимость поэтапного снижения отрицательного воздействия промышленных предприятий на природные водоприемники.

Очистка промышленных сточных вод химических и нефтехимических предприятий представляет собой сложную научно-техническую и технолого-инженерную задачу, особенно, учитывая всё возрастающие требования к глубине очистки от специфичных компонентов, представляющих повышенную опасность для гидробионтов водоемов рыбохозяйственного назначения. Попадание этих загрязнителей в водоемы сопровождается перестройкой биоценоза и приводит к нарушению экологического равновесия. Традиционные очистные сооружения производственных сточных вод крупнотоннажных производств, в основной своей массе спроектированные и построенные в 60-80-х годах прошлого столетия, зачастую объективно не могут обеспечить выполнение современных требований к качеству очистки. Даже кратковременные залповые сбросы токсичных загрязнителей органической природы могут нарушить ход течения биохимических процессов в аэротенках на продолжительное время. Используемые на стадии физико-химической очистки реагенты (коагулянты, флокулянты, нейтрализаторы и т.п.) нередко приводят к вторичному загрязнению сточных вод и сами могут представлять повышенную экологическую и техногенную опасность. При этом в России установлены одни из самых жестких требований к качеству очистки сточных вод, например, ПДК летучих фенолов для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 0,001 мг/дм .

Всё это обуславливает актуальность и первостепенное значение решения задачи снижения экологической нагрузки от производственной деятельности промышленных предприятий, что в полной мере относится и к проблеме очистки сточных вод. С точки зрения экономической целесообразности необходимо изыскивать способы интенсификации очистки сточных вод на существующих очистных сооружениях, без значительных капитальных затрат.

В настоящей диссертационной работе исследована возможность и целесообразность внедрения ресурсосберегающих способов обезвреживания щелочных многокомпонентных сточных вод предприятий основного органического и нефтехимического синтеза для решения задачи оптимальной подготовки стоков к их последующей биологической очистке.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной программой «Эффективное потребление энергоресурсов» и программой «Энергоресурсоэффективность в Республике Татарстан на 2006-2010 г.г.».

Цель работы состоит в создании благоприятных условий для биоценозов очистных сооружений и снижении антропогенного воздействия на природные водоприемники на основании данных мониторинга состава и количества примесей многокомпонентных производственных сточных вод щелочного характера с разработкой ресурсосберегающих способов их обезвреживания.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение комплексного мониторинга состава и количества примесей многокомпонентных щелочных стоков, поступающих на очистные сооружения предприятия.

2. Исследование возможности и целесообразности использования газообразного диоксида углерода для нейтрализации щелочных стоков взамен используемой в настоящее время концентрированной серной кислоты.

3. Разработка технологической схемы для промышленного внедрения нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом' углерода.

4. Разработка и реализация алгоритмов математического описания исследуемых процессов.

5. Исследование адсорбционного метода очистки многокомпонентных сточных вод, в том числе при «залповых» поступлениях загрязняющих компонентов, с использованием в качестве адсорбента промышленного отхода — отработанного перлита.

Научная новизна

1. Впервые исследована нейтрализация щелочных многокомпонентных сточных вод производств основного органического и нефтехимического синтеза газообразным диоксидом углерода и экспериментально установлены оптимальные параметры процесса нейтрализации.

2. Разработана оригинальная математическая модель процесса нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода.

3. Получены новые экспериментальные данные адсорбционной обработки многокомпонентных стоков с использованием промышленного отхода — отработанного перлита.

Практическая значимость

1. Разработан технологически обоснованный способ обезвреживания многокомпонентных щелочных сточных вод с целью их оптимальной подготовки к последующей биологической очистке, эффективно заменяющий и дополняющий традиционные методы обработки промышленных стоков.

2. Проведены опытно-промышленные испытания разработанной, технологии нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез». При этом суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии нейтрализации с учетом капитальных и эксплуатационные затрат, а также предотвращенного экологического ущерба составит около 20 млн. руб/год.

3. Предложен способ использования отхода производства разделения воздуха - отработанного перлита в качестве эффективного адсорбента токсичных и биорезистентных загрязнителей многокомпонентных сточных вод.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: V Межрегиональной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009), XIII Международной конференция молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений — V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2010)

Публикации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 6 статьях и 2 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка, включающего 124 наименования. Работа проиллюстрирована 25 рисунками и 18 таблицами. Приложение занимает 2 страницы.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Баширов, Радик Робертович

Выводы

1. На основании данных мониторинга состава и концентрации примесей многокомпонентных щелочных сточных вод и последующих экспериментальных исследований доказано, что использование газообразного диоксида углерода в качестве альтернативного нейтрализующего агента будет способствовать созданию благоприятных условий для последующей биологической очистки сточных вод.

2. Показано, что замена используемой в настоящее время серной кислоты на диоксид углерода позволит исключить вторичное загрязнение очищаемой сточной воды сульфатами, а также снизит объемы хранения и потребления опасного вещества 2 класса — концентрированной серной кислоты.

3. На основании результатов опытно-промышленных испытаний доказана возможность внедрения нейтрализации многокомпонентных щелочных сточных вод диоксидом углерода на действующих очистных сооружениях, без существенных капитальных вложений.

4. Суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии нейтрализации с учетом капитальных и эксплуатационных затрат, а также предотвращенного экологического ущерба, составит около 20 млн. ру б/год.

5. Для выявления теоретических закономерностей построена оригинальная математическая модель нейтрализации диоксидом углерода щелочных сточных вод и выполнена её программная реализация. Относительная погрешность результатов моделирования и экспериментальных данных составила 3 - 4 %.

6. На основании расчетов абсорбции газообразного диоксида углерода показано, что поверхность массообмена превышает теоретически необходимую более чем в 1,6 раза, а время растворения пузырька газа в 2 раза меньше времени его существования. Таким образом, можно утверждать, что будет использоваться весь объем С02, то есть исключается возможность, вторичного загрязнения окружающей среды.

7. Экспериментально показана целесообразность использования промышленного отхода - отработанного перлита для адсорбции экотоксикантов и биорезистентных соединений, например н-СПАВ, из многокомпонентных сточных вод перед их биологической очисткой в периоды «залповых» сбросов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обеспечение максимальной окислительной мощности очистных сооружений промышленных предприятий, представляющих собой составную часть водоохранного комплекса, особенно в условиях расширения производственной деятельности и освоения новых видов выпускаемой продукции, имеет первостепенное значение и решение этой задачи становится возможным только при использовании комплексного подхода, включающего в себя анализ работы как очистных сооружений, так и промышленного ( предприятия в целом. Наличие в сточных водах биорезистентных и токсичных компонентов, а также широкий диапазон колебания их концентраций приводит к неустойчивой работе биологических очистных сооружений и формированию биоценоза активного ила, не обладающим достаточно высоким окислительным потенциалом. Стадия биохимического окисления загрязняющих компонентов имеет, конечно же, важнейшее значение, однако, её возможности объективно ограничены. Поэтому стабильность и глубина очистки сточных вод в целом напрямую зависит от степени нивелирования в сточных водах комплекса возмущающих факторов, обусловленных производственной деятельностью, ещё до стадии биологической обработки.

К основным выводам по результатам настоящей диссертации, направленной на решение важнейшей экологической задачи - снижение негативной нагрузки на окружающую среду от производственной деятельности крупных химических и нефтехимических комплексов, можно отнести следующие:

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Баширов, Радик Робертович, 2011 год

1. Ethylene. World petrochemical report Электронный ресурс./ SRI Consulting. Режим доступа: http://www.sriconsulting.com/WP /Public/Reports/ethylene/, свободный.

2. Абдрахимов Ю.Р. Основы промышленной экологии в нефтепереработкеи нефтехимии: учебное пособие / Ю.Р. Абдрахимов, P.P. Хабибуллин, A.A. Рахматуллина.Уфимский нефтяной институт, 1991.-137 с.

3. Ахмадуллина А.Г. Очистка сточных вод нефтеперерабатыващих заводов/

4. А.Г. Ахмадуллина, A.M. Мазгаров. В.Г. Пономарев, Э.Г. Иоакимис, И .Я. Монгайт. М.: Химия, 1985.-35с.

5. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко.— М.: Высшая школа, 1999.-527 с.

6. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды / Ю.И. Тарасевич. -Киев.: Наукова думка, 1981. -208 с.

7. Глизманенко Д.Л. Получение кислорода / Д.Л. Глизманенко. -М.; Химия, 1972. -752 с.

8. Наседкин В.В. Перлиты: Сборник статей / В.В.Наседкин, В.П.Петров и др. -М.: Наука, 1981.-296 с.

9. Кастальский Л А., Клячко В.А. Фильтры водоподготовительных установок / Л.А. Кастальский. В.А. Клячко. -М.: Госэнергоиздат, 1953. -270 с.

10. Крупа A.A. Комплексная переработка и использование перлитов / A.A. Крупа. -Киев.: Наукова думка, 1988. —20 с.

11. Акопян Г.А. К исследованию влияния режимов термообработки на свойства вспученного перлита. Вопросы применения перлита в строительстве / Г.А. Акопян. -Ереван: Айастан, 1964. -114 с.

12. Вишнякова Л.П. Противопригарные покрытия на водной основе для литья по газифицируемым моделям Электронный ресурс. / Л.П. Вишнякова, Н.П. Червинская. -Режим доступа: http://www.lityo.com.ua/li/s199.html, свободный.

13. Вспученный перлит Электронный ресурс. / ООО «Петроперлит». — Режим доступа: http://www.petroperl.m/cat/view.php?id0=8, свободный.

14. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники / Н.В. Кельцев. -М.: Химия, 1984.-591 с.

15. Морозов Н.В. Руководство к лабораторным занятиям по рекуперации вторичных материалов / Н.В.Морозов, Э.М.Бастанов. —КХТИ, 1980.

16. Falk SchonheiT. Verbesserung der Nitrifikation durch Stutzung der Saurekapazitaet / Falk Schonherr, Andreas Wecker, F. Wolfgang Gunthert und Norbert Weber // Wasser Abwasser GWF .-2007. -№9. -S. 637-644.

17. Kapp H. Zur Interpretation der Säurekapazität des Abwassers / H. Kapp // Wasser Abwasser GWF. -1983. -№3. -S. 127-130.

18. Жарков K.O. Рациональные схемы обеспечения техническими газами (кислородом, азотом, аргоном) потребителей экономических районов /

19. К.О. Жарков. -М.: НИИТЭХИМ, 1978. -28 с.

20. Холодное В.А. Системный анализ и принятие решений: Математическое моделирование и оптимизация объектов химической технологии / В.А. Холоднов и др.. -СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. -340 с.

21. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.Н. Носков. -Л.: Химия, 1964.-634 с.

22. Брагинский Л.Н. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод / Л.Н. Брагинский, М.А. Евилевич, В.И. Бегачев. -Л.: Химия, 1980.-144 с.

23. Попкович Г.С. Системы аэрации сточных вод / Г.С. Попкович, Б.Н* Репин. -М.: Стройиздат, 1986. -136 с.

24. Парфит Г. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел / Г. Парфит, К. Рочестер. -М.: Мир, 1986. 448 с.

25. Когановский A.M. Физико-химические методы очистки промышленных сточных вод от СПАВ / A.M. Когановский, H.A. Клеменко. -Киев: Наукова думка, 1974. -160 с.

26. Клименко H.A. Влияние продуктов деструкции неионогенных ПАВ на токсичность их водных растворов и эффективность биофильтрования на активном угле / H.A. Клименко, Н.Ф. Стародуб и др. // Химия и технология воды. -2007. -Т.29, №3. -С. 207-225.

27. Методика. Исчисление размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства / Приказ №87 от 13.04.2009. -М.: Министерство природных ресурсов и экологии, 2009.

28. Шапиро В.Д. управление проектами / В.Д. Шапиро и др.. -СПб.:ДваТрИ, 1996. -610 с.