Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ экологического воздействия титаномагниевого производства на объекты окружающей среды 12
1.1. Анализ технологии получения магния и титана (на примере титаномагниевого производства АВИСМА филиал ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» г. Березники) 12
1.1.1. Краткая характеристика технологии получения магния и его сплавов и анализ воздействия производства на объекты окруэюающей среды 14
1.1.2. Краткая характеристика технологии получения титановой губки и анализ воздействия на объекты окружающей среды 17
1.2. Анализ условий формирования сточных вод. Характеристика их химического состава 21
1.3. Анализ технологии очистки сточных вод титаномагниевого производства реагентным методом на примере предприятия АВИСМА филиал ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» 23
1.4. Технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства 28
1.4.1. Методы локального обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства с использованием ресурсного потенциала их компонентов 28
1.4.2. Реагентные методы обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства 31
1.4.3. Анализ методов деминерализации сточных вод 33
Глава 2. Объемы и методы исследований 45
2.1. Методики определения химического состава сточных вод 45
2.2. Методики определения оптимальных условий проведения процесса реагентного обезвреживания сточных вод 49
2.3. Методики определения оптимальных условий флокуляции сточных вод 49
2.4. Методики определения химических и физико-химических свойств осадка 50
2.5. Методики определения оптимальных параметров работы центрифуг 52
2.6. Методики проведения исследований по деминерализации сточных вод 52
2.7. Методики проведения экспериментов по определению свойств противогололедных жидкостей 53
2.8. Статистическая обработка результатов исследований 54
Глава 3. Обоснование оптимальных параметров обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства 57
3.1 Анализ химического состава сточных вод титаномагниевого производства 57
3.2. Обоснование технологических параметров реагентной обработки сточных вод титаномагниевого производства 58
3.3. Обоснование технологических параметров процесса осветления сточных вод титаномагниевого производства 75
3.4. Обоснование технологических параметров процесса центрифугирования осадка 81
3.4.1. Определение химического состава осадка 81
3.4.2. Определение физико-химических свойств осадка 82
3.5. Исследование процессов обезвоживания осадка в лабораторных условиях 84
3.6 Обоснование технологических параметров процесса обезвоживания осадка в опытно-промышленных условиях 86
4. Разработка технологии деминерализации сточных вод титаномагниевого производства с получением товарных продуктов 92
4.1 Исследование процесса деминерализации сточных вод титаномагниевого производства 92
4.2 Исследование возможности получения противогололедного материала в процессе деминерализации сточных вод титаномагниевого производства 98
4.3 Исследование противогололедных свойств концентрата, образующегося при деминерализации сточных вод и оптимизация его состава 104
4.3.1. Исследование химических и физико-химических свойств концентрата 104
4.3.2. Оптимизация состава противогололедного материала на основе концентрата при добавлении хлорида магния 107
4.3.3. Оптимизация состава противогололедного материала на основе концентрата при добавлении шлама карналлитовых хлораторов 113
4.4 Исследование коррозионной активности полученного противогололедного материала и разработка способов ее снижения 118
4.5 Анализ соответствия полученных противогололедных композиций существующим нормативным требованиям 122
4.6 Анализ возможности использования полученного при деминерализации сточных вод концентрата в качестве бурового раствора и раствора для глушения добывающих скважин 124
Глава 5 Эколого-экономические аспекты технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства 128
5.1. Эколого-экономические аспекты реагентного обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства 128
5.2. Эколого-экономические аспекты обезвоживания осадков сточных вод титаномагниевого производства 132
5.3. Эколого-экономические аспекты деминерализации сточных вод титаномагниевого производства 135
5.4. Суммарный эколого-экономический эффект при внедрении технологии 139
Заключение 144
Библиографическое описание 146
Приложение
- Краткая характеристика технологии получения титановой губки и анализ воздействия на объекты окружающей среды
- Обоснование технологических параметров процесса осветления сточных вод титаномагниевого производства
- Оптимизация состава противогололедного материала на основе концентрата при добавлении хлорида магния
- Суммарный эколого-экономический эффект при внедрении технологии
Введение к работе
Актуальность темы. Технологии получения титана и магния связаны с потреблением значительного объема воды. При производстве магния и сплавов на его основе на тонну продукции образуется 4,5 м3 сточных вод, в производстве титана - 20,5 м3/т.
Традиционно обезвреживание сточных вод осуществляют реагентными методами с образованием малорастворимых соединений - гидроксидов тяжелых металлов (Кудрявский Ю.П., Кирьянов С.В., Пенский А.В.). Существующие технологии обезвреживания не обеспечивают требований, предъявляемых к качеству очищенной воды по содержанию ионов тяжелых металлов, взвешенным веществам, степени минерализации, что не позволяет сбрасывать их в открытый водоем без дополнительной обработки или разбавления. Эффективность реагентного обезвреживания и осветления сточных вод зависит от величины рН среды при реагентной обработке, типа применяемого флокулянта и его дозы.
Высокое содержание взвешенных веществ и ионов тяжелых металлов в очищенной воде часто обусловлено проведением процесса регентной обработки в неоптимальном режиме, а также использованием малоэффективных методов сгущения и обезвоживания осадка, например, гравитационных с возвратом образующейся при сгущении загрязненной воды на очистные сооружения.
В условиях ужесточения требований к качеству сбрасываемых сточных вод с высоким солесодержанием 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.
Цель 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:
-
Провести комплексный эколого-технологический анализ условий формирования и технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства.
-
Провести теоретическое и экспериментальное обоснование технологических параметров глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов реагентным методом.
-
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.
-
Исследовать возможность применения мембранных методов для доочистки осветленных вод от минеральных примесей с получением жидких противогололедных материалов и изучить их эксплуатационные свойства.
-
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 30-40%.
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 0С до -20 0С.
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 тяжелых металлов (Cr (III) до 0,075 мг/дм3, Mn (общ.) до 0,154 мг/дм3, Fe(общ.) до 0,420 мг/дм3) и минеральных солей (до 315 мг/дм3 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 30-99% по металлам в зависимости от природы металла.
Процесс центрифугирования осадка сточных вод в присутствии флокулянта марки «Праестол 2510» в дозе 0,2 г/дм3 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. м3/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 научно-технический 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).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, из них одна статья в журнале, входящем в Перечень ВАК.
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 рисунком и включает 45 таблиц.
Краткая характеристика технологии получения титановой губки и анализ воздействия на объекты окружающей среды
Производительность по губчатому титану АВИСМА филиал ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» составляет 34,149 тыс. тонн по состоянию на 2007 г [154].
Производство титана из титановых концентратов состоит из следующих основных стадий: производство титанового шлака; производство тетрахлорида титана; восстановление тетрахлорида титана; дистилляцию; обработку и измельчение блоков [23,63,65,66,134-138].
Производство титанового шлака основано на избирательном восстановлении основной примеси титановых концентратов — оксидов железа - с образованием титанового шлака в процессе плавки в рудно-термических печах. При этом оксиды железа восстанавливаются до металла, а титан остается в окисленной форме и переходит в шлак.
При плавке концентрата аризонитового типа:
Fe203 х ТЮ2 + ЪС = 2Fe + ТЮ2 + ЪСО
2{Fe203 х Ti02) + 1С = 4Fe + Ті203 + 7 CO Fe203 х ЪТЮ2 + 4С Ф 2Fe + Ті305 + 4СО При плавке концентратов ильменитового типа: FeOxTi02 + С = Fe + Ti02 + СО 2{FeO х ТЮ2) + C 2Fe + Ті203 + ЪСО 3(FeO х ТЮ2) + 4С = 3Fe + Ті305 + АСО
На стадии получения тетрахлорида титана титановый шлак подвергают измельчению, сушке и добавке измельченного кокса. Хлорирование осуществляется в хлораторах в расплаве щелочных и щелочноземельных металлов:
ТЮ2 + 2С12 +С = ТіС14 +С02-АН кДж ТЮ2 + 2С/2 + 1С = TiClA + 2СО-АН кДж Оптимальный состав расплава для хлорирования следующий: %: ТЮ2 1,5 - 5; С 2 - 5; NaCl 15-20; КС1 30 - 40; MgCl2 10 - 20; СаС12 не более 5 -10; (FeCl2 + FeCl3) не более 10-12; Si02 не более 3-6; А1203 не более 3-6.
Исходя из опыта работы отечественных заводов, для поддержания оптимального состава расплава в хлоратор непрерывно загружают солевые отходы калийной промышленности, либо отработанный электролит магниевых электролизеров состава, %: КС1 50 - 80; NaCl 5-10; СаС12 8-10; MgCl24-5 [63,1431].
Образующийся тетрахлорид титана в дальнейшем конденсируют за счет охлаждения в последовательно соединенных оросительных конденсаторах, после чего подвергают очистке от ванадия с помощью медной пудры на первой стадии и в ректификационных колоннах на второй стадии. Очищенный тетрахлорид титана поступает на восстановление магнием с получением губчатого титана:
TiCl 4 + 2Mg = Ті + 2MgCl 2 - АН (кДэю )
В дальнейшем полученный губчатый титан отделяют от остатков магния и хлорида магния методом вакуумной сепарации с получением товарного продукта — блоков губчатого титана.
Анализ технологии получения титана показал, что в процессах производства образуются отходящие газы, сточные воды и твердые отходы, которые могут оказывать негативное влияние на окружающую среду.
По данным [135-138, 144] в процессе производства губчатого титана образуются твердые отходы, представленные шламами титановых хлораторов и шламоэлектролитной смесью миксеров. Состав шламов, образующихся при производстве титана, представлен в табл. 1.2.
Шлам титановых хлораторов сливается в ванну гидроудаления, а твердый остаток собирается в металлические емкости. Образованная в результате гидроудаления шлама жидкая фаза характеризуется содержанием широкого перечня загрязняющих веществ, представляющих потенциальную опасность для окружающей среды: ионов щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов, хлоридов.
На основании анализа технологии производства титана [23,63,65,66,134,135-138,144] установлено, что в процессе выплавки титанового шлака образуются печные газы, содержащие: пыль, SO2, СО, N02., а при дроблении шлака на стадии получения шихты образуется неорганическая пыль. Отходящие газы поступают на сухую инерционную очистку в 2-х ступенчатой системе циклонов, где частично очищаются от крупной фракции. Тонкодисперсная пыль направляется в фильтр ФМК-950, а затем возвращается в производство.
Парогазовая смесь, образующаяся при получении тетрахлорида титана, проходит многостадийную абсорбционную очистку: на первой стадии загрязняющие вещества поглощают водой, на второй стадии — раствором известкового молока. Применяемые технологии очистки парогазовых выбросов обеспечивают соблюдение установленных нормативов качества атмосферного воздуха, однако в процессе абсорбции образуются сточные воды, характеризующиеся высокой минерализацией.
В титановом производстве образуются сточные воды, представленные тремя потоками: сточные воды от охлаждения печей, сточные воды гидроудаления расплава титановых хлораторов и сточные воды газоочисток.
Сточные воды от охлаждения печей используются в оборотном цикле водоснабжения.
Основной загрязненный сток образуется в результате гидроудаления расплава титановых хлораторов. Образующиеся стоки содержат хлориды металлов (Са, Mg, К, Na, Fe, Ті, Mn, Cr, V, Cu, Zn), а также оксид титана и НС1.
Сточные воды газоочисток образуются в результате взаимодействия загрязнений с известковым молоком и представляют собой раствор с высоким содержанием хлоридов и ионов металлов.
По данным [141], образование сточных вод в процессах производства титановой губки составляет 20,5 м /т продукции (без учета оборотной воды). На основании анализа потоков, качественного и количественного состава сточных вод, установлено, что образующийся сток характеризуется сложным составом, поскольку содержит широкий перечень загрязняющих веществ, представленных ионами тяжелых металлов, хлоридами, сульфат-ионами, взвешенными веществами.
Сточные воды газоочистных сооружений и растворы, образующиеся при размыве титановых хлораторов, поступают в общую систему канализации и подаются на очистные сооружения.
На основании проведенного анализа негативного воздействия титаномагниевого производства на окружающую среду установлено, что основным источником экологической нагрузки предприятия являются образующиеся сточные воды, характеризующиеся сложным химическим составом. Проанализируем более подробно условия формирования сточных вод, поступающих на очистные сооружения предприятия и технологию их очистки.
Обоснование технологических параметров процесса осветления сточных вод титаномагниевого производства
Эффективность процесса осветления сточных вод после реагентной обработки зависит от обоснованного выбора марки, дозы флокулянта и времени проведения процесса [84,121].
На очистных сооружениях применялся флокулянт на основе полиакриламида — технический полиакриламид ПАА.
Технический полиакриламид (ПАА) производят в виде геля известкового или аммиачного (по ТУ 6.01-1049-80). ПАА представляет собой прозрачный, вязкий, желто-зеленый гель, содержащий от 4 до 9 % активного продукта — полимера, макромолекула которого состоит из звеньев акриламида и солей акриловой кислоты. В нем содержатся в качестве примесей гипс или сульфат аммония и некоторые количества мономера.
Низкое содержание активной составляющей требует применения значительных доз флокулянта. Кроме того, в щелочной среде, характерной для обработанных известковым молоком сточных вод титаномагниевого производства активность ПАА резко снижается из-за сильного гидролиза.
В настоящее время в промышленной практике очистки сточных вод широко используются флокулянты на основе полиакриламида марок «Праестол» и «Аккофлок».
В зависимости от молекулярной массы и содержания солей акриловой кислоты они могут проявлять как неионогенные так и анионогенные свойства.
В табл. 3.11. представлены основные физико-химические свойства флокулянтов «Праестол» и «Аккофлок».
Для очистки исследуемых высокоминерализованных сточных вод, содержащих взвешенные вещества, представляющие гидроксиды металлов, наиболее эффективно использование марок флокулянта с анионной активностью. На основании анализа свойств флокулянтов для исследования были выбраны образцы «Праестол -2510» и «Аккофлок А 97», физико-химические свойства которых представлены в табл. 3.11
Для определения оптимальной дозы флокулянта была проведена серия экспериментов по методике, представленной в главе 2. В результате исследований определялась высота слоя осадка в зависимости от времени осаждения взвешенных веществ при добавлении различных доз флокулянта, степень осветления и степень осаждения. Результаты исследований представлены нарис.3.4-3.5.
Как показано на рис. 3.5-3.6. при дозах флокулянта «Аккофлок А97» 1,25 мг/дм и 1,67 мг/дм , обеспечиваемых при смешении обработанного известковым молоком стока с раствором флокулянта в соотношении 1:300-400, наблюдалось слабое осаждение взвешенных веществ. При дозе 1,25 мг/дм3 содержание взвешенных в стоке через 60 мин уменьшилось на 6,4%, при дозе 1,67 мг/дм3 концентрация взвешенных веществ сократилась на 25%. При добавлении дозы флокулянта 2,5 мг/дм наблюдалось сокращение содержания взвеси в сточной воде на 56% через 60 мин. При дозе флокулянта 5 мг/дм содержание взвеси через 60 мин сократилось на 65%.
Максимальная степень осаждения была достигнута при дозе флокулянта 5 мг/дм . Как показано на рис. 3.5. при дозе флокулянта 5 мг/дм началось резкое осаждение взвесей и сокращение их концентрации на 52% через 3-5 мин. В дальнейшем степень осаждения изменялась незначительно. Аналогичный эффект осаждения был получен через 60 мин при дозе флокулянта 2,5 мг/дм .
Таким образом, оптимальной дозой флокулянта «Аккофлок 97» для очистки сточных вод титаномагниевого производства является доза — 2,5 мг/дм, достигаемая при смешении готового раствора флокулянта с обработанным известковым молоком стоком в соотношении 1:200.
Аналогичные исследования по осаждению взвешенных веществ из обработанного стока титаномагниевого комбината были проведены с использованием флокулянта - полиакриламида (ПАА).
Лабораторными исследованиями было установлено, что для обеспечения полного осаждения взвеси из сточной воды с необходимы более высокие дозы флокулянта ПАА по сравнению с флокулянтом Аккофлок 97.
Так для достижения степени осветления сточной воды около 56% при длительности отстаивания 60 мин необходимая доза ПАА составляет 12,5 мг/дм , а доза аккофлока 97 - 2,5 мг/дм . Т.е. применение «Аккофлок А 97» позволяет сократить дозу флокулянта в пять раз (рис.3.6.).
Достижение аналогичного эффекта осаждения при использовании флокулянта ПАА достигается при гораздо большей дозе, в связи, с чем его использование нецелесообразно.
На основании проведенных лабораторных исследований были обоснованы оптимальные параметры проведения процесса осаждения взвешенных веществ из сточных вод титаномагниевого производства. Полученные экспериментальные данные показали целесообразность применения флокулянтов марок «Праестол -2510» и «Аккофлок А 97» с анионной активностью в процессе осаждения образующихся взвешенных веществ. Установлена оптимальная доза флокулянта, составляющая 2,5 мг/дм3 стоков.
Оптимизация состава противогололедного материала на основе концентрата при добавлении хлорида магния
Оптимизация состава противогололедного материала может быть произведена путем добавления хлорида магния, образующегося в титановом производстве на стадии восстановления тетрахлорида титана.
Составы композиций были определены на основе теоретического анализа диаграмм состояния многокомпонентных систем [41,57,85,117,129,130,133] и экспериментальных лабораторных исследований.
Экспериментальным путем определяли максимально возможную растворимость хлорида магния в концентрате. Добавление реагента проводили при комнатной температуре до начала выпадения осадка.
В результате была установлена предельная растворимость хлорида магния в полученном концентрате, равная 145,3 г/дм . Выше установленного предела хлорид магния в концентрате не растворяется и выпадает в виде кристаллов, при этом при температуре -10 С происходит дополнительное его высаливание из концентрата.
Таким образом, содержание хлорида магния в полученном материале не может превышать 145 г/дм .
В процессе лабораторных исследований были получены две композиции с различным содержанием хлорида магния до установленного предела насыщения 145,3 г/дм , представленные в табл. 4.10. После определения предела растворимости хлорида магния в полученном растворе по методике испытаний противогололедных материалов [81] были выполнены исследования свойств полученных композиций: температуры замерзания растворов; изменения плавящей способности при изменении концентрации растворов в диапазоне температур до -35С.
Как показано в табл. 4.10, добавление хлорида магния до 100 г/дм3 позволит понизить температуру замерзания концентрата до -26С.
На основании данных по плавящей способности хлоридов была определена плавящая способность исходного концентрата и плавящая способность растворов с добавлением хлорида магния. Плавящая способность для каждого раствор была определена в рабочем диапазоне температур, (см. рис. 4.5.)
Как показано на рис.4.6., плавящая способность полученных растворов сопоставима с плавящей способностью материала на основе хлорида кальция «ХКМ» (композиция №4). Минимальной плавящей способностью в ряду представленных композиций обладает полученный концентрат, что объясняется меньшим содержанием в нем хлоридов. Однако, его плавящая способность выше плавящей способности чистого хлорида натрия, что объясняется наличием около 16% масс хлорида кальция в растворе. Как видно из рис.4.5, с увеличением концентрации хлоридов, повышается плавящая способность композиций. В целом, плавящая способность полученных композиций достаточно высокая, следовательно, с точки зрения технологических и физико-химических свойств полученные композиции могут быть использованы на практике.
Поскольку раствор хлорида магния обладает максимальной вязкостью, его применение в чистом виде в качестве противогололедного реагента, обуславливает минимальный коэффициент сцепления, что свидетельствует о необходимости наряду с предельной растворимостью хлорида магния в полученном концентрате определить оптимальное его количество, с точки зрения обеспечения оптимальной величины сцепления колеса с дорожным покрытием.
С целью оценки допустимости с точки зрения безопасности дорожного движения изменения концентрации хлорида магния в растворе были выполнены исследования вязкости исходного концентрата и растворов с концентрацией хлорида магния 50 и 100 г/дм3. Исследования проводились на вискозиметре ВПЖ-2. Постоянная вискозиметра составляет 0,009105 мм /сек . Диаметр капилляра - 0,56 мм. В основе метода лежит определение времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара [32,33]. Схема вискозиметра ВПЖ-2 представлена на рис.4.6.
Исследования вязкости растворов выполняли при комнатной температуре, при этом растворы предварительно подвергали воздействию низких температур до -20С
Результаты исследований представлены на рис.4.7.
Как видно из представленных данных, минимальной вязкостью в диапазоне температур обладает полученный в процессе доочистки сточных вод концентрат, поскольку состоит в основном из хлоридов кальция и натрия, обладающих меньшей по сравнению с хлоридом магния вязкостью. С повышением концентрации хлорида магния в растворе вязкость значительно возрастает и при концентрациях до 50 г/дм сопоставима с вязкостью «ХКМ» на основе раствора хлорида кальция (не менее 30% масс). Вязкость концентрата с содержанием хлорида магния на уровне 100 г/дм3 превышает вязкость раствора хлорида кальция в том же диапазоне температур, следовательно, применение на практике концентрированного раствора с высоким содержанием хлорида магния может быть неприемлемо с точки зрения безопасности дорожного движения.
Используя полученную зависимость сцепления от вязкости противогололедного реагента, были определены величины сцепления для полученных растворов, (рис. 4.8.)
Суммарный эколого-экономический эффект при внедрении технологии
На основании представленных выше решений была разработана комплексная технология очистки сточных вод титаномагниевого производства, включающая производство жидких противогололедных материалов и получения воды для технологических нужд. (см. рис.5.1.).
Образующиеся сточные воды сливаются в промышленную канализацию и по подводящему лотку поступают на песколовки (1а,Ь), где происходит выделение из потока грубодисперсных примесей крупностью от 1,0 до 1,5 мм. Осевшие на дне песколовка грубодисперсные примеси удаляются с помощью гидроэлеватора на песковую площадку, а стоки самотеком поступают в усреднитель, каждая секция которого оборудована двумя погружными мешалками. Скорость движения стоков в усреднителе около 0,4 м/с, а время пребывания стоков в секции при расходе воды около 500 м /ч составляет около 68 минут. Усреднённые по расходу и концентрациям загрязняющих веществ, стоки двумя группами низконапорных погружных насосов подаются в механические смесители. В смесителях происходит смешение стоков с реагентами при помощи механических лопастных мешалок.
При этом в первом смесителе сточные воды обрабатываются известковым молоком с концентрацией 100 г/дм до рН 10-10,5, а во втором смешиваются с флокулянтом «Аккофлок А97» в дозе 2,5 мг/дм3 стоков. Регулирование объема известкового молока и флокулянта осуществляется в автоматическом режиме. Время пребывания стоков в смесителях составляет 6 мин.
После смешения с реагентами, стоки самотеком поступают в камеру хлопьеобразования, где происходит укрупнение хлопьев образовавшихся взвешенных веществ. Время пребывания стоков в камерах хлопьеобразования около 9 минут. Осевшие в камере хлопьеобразования взвеси удаляются с помощью погружного насоса и направляются в цех обезвоживания осадка, а сток самотеком поступает в двухсекционный отстойник. После осаждения взвешенных веществ в двухсекционном отстойнике сточные воды поступают в смеситель (3 с), где производится корректировка рН до 7-8,5, после чего часть стока отводится на стадию мембранной очистки (п. 8). На мембранную очистку также подается фугат, образующийся при обезвоживания осадка на центрифугах. Мембранная очистка осветленного стока осуществляется в две ступени, при этом, полученный пермеат собирается в накопительной емкости, откуда подается на использование в технологическом процессе. Концентрат I стадии собирается в емкости и используется для получения товарных продуктов (противогололедных материалов, буровых растворов, растворов глушения добывающих скважин). Концентрат II стадии подается в начало процесса, что не приведет к изменениям состава очищаемой воды. Осветленные сточные воды, не прошедшие мембранную доочистку, отводятся на сброс, а обезвоженный на центрифугах осадок поступает на захоронение.
Основываясь на полученных данных по эколого-экономическим аспектам разработанных технологических решений был определен суммарный эколого-экономический эффект при внедрении технологии. Результаты расчетов представлены в табл.5.2.
Как видно из представленных данных, разработанные технологические решения обеспечат снижение негативного воздействия сточных вод титаномагниевого производства на объекты окружающей среды, сокращение водопотребления и возможность получения товарных продуктов. При реализации технических решений так же будет получен экономический эффект за счет сокращения величины экологических платежей и реализации полученных товарных продуктов.
Суммарное снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду составит 26172,09 тыс. руб./год. Суммарный предотвращенный экологический ущерб - 17073,20 тыс. руб./год
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Оптимизация процесса реагентного обезвреживания сточных вод позволит снизить величину платы за сброс загрязняющих веществ в водные объекты на 12860,02 тыс. руб./год. Величина предотвращенного экологического ущерба составит 14392,877 тыс. руб./год.
2. Предварительное обезвоживание осадка на центрфугах позволит сократить размер платы за размещение отходов в окружающей среде на 13043,384 тыс. руб./год. При этом величина предотвращенного экологического ущерба составит 2408,179 тыс. руб./год
3. При дополнительном внедрении технологии деминерализации 50% потока осветленных сточных вод плата за сброс загрязняющих веществ будет снижена на 268,694 тыс. руб., при этом, предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам составит 272,146 тыс. руб. Дополнительный экономический эффект в результате возврата в технологический процесс очищенных сточных вод составит 33349,32 тыс. руб. Общая прибыль от продажи жидкого противогололедного материала -41878,27 тыс. руб./год.
4. Суммарное снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду при комплексном внедрении технологии составит 26172,09 тыс. руб./год. Суммарный предотвращенный экологический ущерб -17073,20 тыс. руб./год.
