Введение к работе
Актуальность работы. При работе химических и нефтехимических предприятий одним из важнейших этапов технологических процессов является водоподготовка и получение воды нормативного качества. Снижение содержания растворимых солей кальция и магния, осуществляют различными способами. Выбор метода умягчения определяется исходной жесткостью и ее качеством, необходимым для потребителя, экологическими и технико-экономическими соображениями.
В последние годы в Татарстане, особенно на Юго-Востоке растет доля использования подземных вод в водоснабжении, которые используются в первую очередь для питьевых целей, так как, они не требуют специальной очистки, а в ряде случаев и обеззараживания.
Общим недостатком вод артезианских скважин является повышенное содержание солей жесткости и в научной литературе имеются данные о так называемых «каменных зонах», где источники питьевой воды характеризуются высокой общей минерализацией, где образование у населения камней в почках имеет местный экзогенный характер. При этом происходит усиление местного кровообращения в органах выделения и изменение многих процессов, в том числе фильтрации, которая служит защитным механизмом-. Однако, из-за дополнительной нагрузки возникает истощение регулирующих систем, что и приводит: к заболеванию суставов (артриты, полиартриты), образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях. .
На крупных предприятиях химической и нефтехимической промышленности в основном используется умягчение воды методом катионного обмена или сочетание его с обратным осмосом. Процесс требует использования 'поваренной соли в качестве регенератора катионитов. Последнее приводит к высоким сбросам растворов солей, главным образом содержащих хлорид-ионы, в сточные воды.
"Согласно официальной статистике в 2010 г. по г. Казани сброшено в водоемы приблизительно 14000 т солевых стоков. Содержащиеся в воде ионы солей обладают наибольшей миграционной способностью, связанной с их высокой растворимостью, слабо выраженной к сорбции и биологической регенерации. Повышенное содержание хлорид-ионов ухудшает органолептические качества воды, делает се малопригодной для питьевого водоснабжения, технического и хозяйственного использования, ведет к увеличению бихроматиой окисляемости, негативно сказывающейся на состоянии водных экосистем в сбросах.
Следует отметить, что извесшые способы водоподготовк» требуют больших энергетических затрат, обуславливающие значительное увеличение количества сжигаемого топлива, и как следствие, поступление в атмосферный воздух значительных объемов продуктов сгорания топлива в промышленных печах. Изменяется состав атмосферного воздуха, часто приближая концентрации токсичных веществ к опасным по биологическому
.1
действию на экосистемы. При сжигании различных видов топлива в стационарных тонливосжигающих установках в атмосферу поступает значительное количество токсичных веществ, среди которых основные: твердые частицы (зола, пыль, сажа), оксиды серы и азота, а также в меньших количествах монооксид углерода, альдегиды, органические кислоты. Проведенные расчеты по энергопотреблению показывают, что использование метода обратного осмоса совместно с ионообменным умягчением в работе предприятия органического синтеза с потреблением 124750 кг/ч речной воды, при сжигании необходимого количества природного газа, за год выбрасывается около 145,49 т NOx, 130 т оксида углерода.
Из литературных сведений известен метод, применяемый для удаления отложившихся на поверхности труб солей. В основе его лежит принцип наложения электромагнитного воздействия различных частот. Используемые в данное время аппараты для магнитной обработки воды типа АМО-25, АМО-100, АМО-200 отличаются высокой мощностью (350 - 500 Вт), большими габаритами и массой (40 - 330 кг), необходимостью нагревания обрабатываемой воды до 60 С, что связано также со значительными энергетическими затратами.
В настоящей диссертационной работе исследован метод умягчения воды для технологических нужд предприятий химической и нефтехимической промышленности, а также для питьевых нужд с помощью электромагнитного воздействия в диапазоне звуковых частот.
Цель работы состояла в систематическом исследовании процесса снижения жёсткости воды до ее нормативного уровня с помощью электромагнитного излучения.
Задачи исследования:
провести анализ данных экологического мониторинга водных объектов по уровню жесткости для разработки необходимого технического решения проблемы получения воды нормативного качества;
- -провести анализ существующих методов умягчения на предприятиях
химической и нефтехимической промышленности, а также их влияние на
окружающую природную' среду;
'- исследовать эффективность электромагнитной обработки воды для ее умягчения в технологическом процессе водоподготовки и определить влияние ф'изико-химических факторов на реакции разложения и образования гидрокарбоната кальция;
- Исследовать возможность использования данного метода умягчения
воды для питьевых нужд.
Научная новизна. Раскрыто влияние способа электромагнитной обработки воды в диапазоне частот 1 - 20 кГц на снижение содержания солей временной жесткости в водных растворах и найдены условия, обеспечивающие максимум эффективности.
Впервые показано, что электромагнитной излучение влияет на реакции как разложения, так и образования солей жесткости.
Разработан способ многоступенчатой электромагнитной обработки воды для интенсификации разложения солей жесткости с удалением углекислого газа методом ультразвуковой дегазации и образующихся осадков из системы.
Показано, что применение исследуемого метода ' в комплексе с реагентной обработкой пищевым полифосфатом импрегнированным серебром обеспечивает возможность эффективной подготовки воды для питьевых нужд.
Практическая значимость работы. Разработана малоэнергоемкая экологически безопасная технология умягчения воды для технологических и питьевых нужд.
В процессе водоподготовки для технологических нужд на базе ООО «ТатНефтеСервис» г. Альметьевск, участке водоподготовки НГДУ «Азнакаевскнефть» проведены промышленные испытания установки умягчения воды с помощью электромагнитной и ультразвуковой обработкой. Получен патент № 94565 РФ на полезную модель «Установка для очистки и умягчения воды».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
II Научно-практической конференции «Экополис - Казань», посвященной
Всемирному Дню Земли; Всероссийской научно-практической конференции
«Человек, общество, природа: экологические и правовые аспекты»;
Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность России:
состояние и перспективы»; IV Межрегиональной конференции
«Промышленная экология и безопасность» в рамках 16-й Международной
выставки «Нефть, газ, нефтехимия - 2009»; I Региональной научно-
практической конференции Казанского государственного технологического
университета; Научной сессии Казанского государственного
технологического университета; XI Международной конференции молодых ученых «Шаг в науку 2010: Пищевые технологии и биотехнологии»; Всероссийской конференции «Экологические проблемы урбанизированных территорий» (Пермь). Были представлены материалы для участия в ГРАНТЕ «Пятьдесят лучших инновационных идей для Республики Татарстан» в номинации «Старт инноваций».
Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке цели и задач исследования, проведения экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов, формулировке выводов, написании и оформлении статей.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 11 статьях, 4 из которых в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из 5 глав, изложенных на 133 страницах, содержит 28 рисунков и 34 таблицы, библиографического списка, включающего 132 литературных источника.
