Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в связи с интенсивным развитием промышленности значительно увеличивается нагрузка на окружающую среду и, как следствие, наблюдается ухудшение состояния объектов хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного водопользования. Ухудшение качества воды связано с увеличением загрязнённости источников водоснабжения вследствие повышения объёмов сброса в них недоочищенных сточных вод предприятиями и населёнными пунктами. В число вредных компонентов, загрязняющих водные источники, входят токсичные вещества, производимые химической и нефтехимической промышленностью: нефтепродукты, поверхностно-активные вещества и т.д. Резюмируя экологическую ситуацию водных объектов, необходимо отметить крайне высокую степень антропогенного воздействия, значительно превышающего природные возможности биологического самоочищения водных экосистем.
Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) применяются на предприятиях машиностроения, металлургии, энергетики, химической промышленности. В процессе эксплуатации происходят изменения физико-химических характеристик эмульсий. В результате после эксплуатации предприятия вынуждены 1–2 раза в месяц сбрасывать отработанные СОЖ на хранение и утилизацию и заменять их свежеприготовленными. На крупных предприятиях ежегодно накапливаются тысячи тонн отработанных СОЖ. Доля СОЖ-содержащих сточных вод на крупных промышленных предприятиях составляет 40–60% общезаводского стока. Отработанная СОЖ относится к 3 классу опасности; значение ПДК одного из ее основных компонентов – минерального масла – в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 5 мг/м3, ЛД50 =7000 мг/кг.
В составе концентрата любого вида СОЖ выделяют следующие компоненты (усредненные значения): индустриальное масло – 40 %, в том числе углеводороды: парафины – 50 %; изопарафины – 20 %; нафтены – 30 %; олеиновая кислота – 30 %; триэтаноламин – 20 %; ПАВ (неионогенные АМН 10 или ЭС-3); спирты органические (изопропиловый, бутиловый); ингибиторы коррозии.
Отработанная СОЖ подлежит обязательному обезвреживанию от наиболее токсичных компонентов. Существующие на сегодняшний день методы обезвреживания эмульсий типа СОЖ-содержащих стоков можно разделить на три основные группы: термические, физико-химические и биологические. Ни одна из указанных групп в отдельности не может обеспечить современные требования по качеству очищаемой воды и количеству образующихся отходов. Применение широко используемых химических и физико-химических методов приводит к вторичному загрязнению окружающей среды за счет образования различных отходов. Многие способы утилизации отработанных СОЖ-содержащих стоков либо экономически неэффективны, либо экологически неприемлемы. Поэтому проблема обезвреживания СОЖ остается актуальной.
При поступлении на очистку «залповых» сбросов СОЖ-содержащих стоков, являющихся агрегативно устойчивыми отработанным эмульсиями типа «масло в воде», нарушается процесс очистки воды, и, в результате, не удается достичь необходимого качества воды. Поступление на биологическую очистку предварительно неподготовленных стоков приводит к гибели микрофлоры. Применение адсорбционной технологии, позволяющей добиться практически любой глубины очистки, связано с регенерацией адсорбентов, в связи с чем адсорбция применяется, в основном, в качестве метода доочистки сточных вод. Перспективным методом является биосорбция – процесс, объединяющий во времени и в пространстве биологическое окисление загрязнений микроорганизмами и адсорбцию загрязнений на поверхности и в порах сорбента.
Все упомянутые выше методы предполагают дополнительное разбавление стоков, что неизбежно повышает технологические расходы процесса очистки. Чрезвычайно перспективным является мембранный способ очистки сточных вод, преимущества которого состоят в безреагентности, а также возможности повторного использования очищенной воды и извлечения ценных компонентов.
Цель диссертационной работы состояла в снижении экологической опасности отработанных СОЖ – жидких отходов предприятий химической промышленности путем разработки метода комплексного обезвреживания ее токсичных компонентов и организации водооборота.
Научная новизна. Впервые разработан метод комплексного обезвреживания отработанных водоэмульсионных и полусинтетических СОЖ на основе мембранного разделения и адсорбционной и биосорбционной доочистки. Показано, что мембранный метод позволяет эффективно обезвреживать жидкие отходы промышленного производства без предварительного разбавления, а биосорбционный и адсорбционный методы позволяют дочищать воду до нормативов с ее последующим возвратом в цикл технического водоснабжения.
Получены новые результаты обезвреживания СОЖ-содержащих жидких отходов с применением различных перспективных мембранных материалов, в том числе и вторичных материальных ресурсов; показывающие снижение токсичности сточных вод за счет удаления химических компонентов СОЖ.
Исследован биосорбционный метод доочистки СОЖ-содержащих сточных вод в экспериментальном анаэробном реакторе со стационарным слоем адсорбента.
Впервые предложен и исследован термический способ регенерации полимерных мембран марки БТУ 05/2 Ф-1, который позволяет использовать данные мембраны в течение нескольких технологических циклов с достижением нормативных показателей воды для организации технического водооборота.
Практическая значимость работы. Предложен способ защиты окружающей среды от токсичных компонентов СОЖ с организацией водооборотного цикла, позволяющий эффективно их обезвреживать и заменить традиционные методы, а также значительно снизить количество образующихся отходов и исключить разбавление исходного стока. При внедрении мембранной технологии годовой эколого-экономический эффект составит 73300 руб/год.
Проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии для обезвреживания отработанных СОЖ ОАО «Тасма-Холдинг» (г.Казань); метод рекомендован для внедрения на данном предприятии.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: I Всероссийской конференции «Актуальные проблемы защиты окружающей среды» (Улан-Удэ, 2004), научной конференции «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» (Казань, 2004), VI и VII Республиканских конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2004, 2007), III Московском международном конгрессе «Биотехнология – состояние и перспективы развития» (Москва, 2005), Международной конференции «Проблемы биодеструкции загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 2005), международной научной конференции «Contaminated Soil 2005» (Bordeaux, France, 2005), отчетных научно – технических конференциях КГТУ (Казань, 2005, 2007, 2010), IV Межрегиональной научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009), V Кирпичниковских чтениях: XIII международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов (Казань, 2009), IX Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке», I-м Международном конгрессе «Чистая вода» (Казань, 2010).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных работах, 3 из которых – статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и библиографического списка, включающего 170 наименований. Работа проиллюстрирована 43 рисунком и 56 таблицами. Приложение занимает 20 страниц.
