Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время для очистки сточных вод (СВ), содержащих ионы тяжелых металлов (ИТМ), применяются в основном химические, физико-химические, физические методы. Несмотря на то, что объем стоков предприятий химической и нефтехимической промышленности относительно невелик по сравнению с количеством СВ других отраслей промышленности, они характеризуются сложным переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных загрязнений, поэтому данные методы не всегда обеспечивают очистку, достаточную для повторного использования воды.
Экономическое положение многих предприятий Российской Федерации, в настоящее время, не позволяет осуществить замену существующих технологий очистки стоков на более эффективные, но дорогостоящие, даже при понимании того, что эти вложения, с учетом повышения требований к качеству очистки, могут окупиться в последующие годы. В частности, на ЗАО «Челныводоканал» технология очистки СВ, содержащих ИТМ, не менялась с 1976 года.
Большая часть существующих технологий очистки СВ, содержащих ИТМ, связана с использованием химических соединений. Следовательно, исследования по поиску возможности замены дорогостоящих реагентов на отходы производства со сходными свойствами позволят усовершенствовать и удешевить процесс очистки.
Значительный интерес представляет изыскание возможности разработки и реализации процессов очистки СВ с использованием жидких отходов различных производств, при смешении которых, в зависимости от состава поллютантов, могут протекать реакции нейтрализации, окисления, восстановления, комплексообразования, проходить процессы коагуляции, флокуляции, хемосорбции с выделением продуктов взаимодействия примесей чаще всего в виде твердой дисперсной фазы. Установление закономерностей протекающих при этом процессов и разработка технических решений, позволяющих использовать физико-химические особенности стоков одних промышленных производств, для очистки СВ от других технологических процессов, является актуальной задачей. Исследования в области экологической безопасности производственных объектов позволит снизить техногенную нагрузку на открытые водные экосистемы от очистных сооружений предприятий химической и нефтехимической промышленности.
Цель работы. Обоснование возможности и установление механизма совместной очистки сточных вод, содержащих ИТМ, и щелочных стоков химических и нефтехимических производств, обеспечивающей снижение техногенной нагрузки на водные объекты.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Проведение экологического мониторинга загрязнения реки Кама в районе г. Набережные Челны ионами тяжелых металлов.
2. Определение закономерностей процесса совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и щелочных сточных вод различных химических и нефтехимических производств.
3. Исследование влияния различных факторов на эффективность процесса, и определение технологических параметров совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и стоков химических и нефтехимических производств.
4. Определение состава образующегося шлама, возможности его утилизации или захоронения.
5. Разработка технологии совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и щелочных СВ химических и нефтехимических производств.
6. Оценка эколого-экономической эффективности разработанного процесса совместного обезвреживания стоков.
Научная новизна.
1. Теоретически обоснована и экспериментально показана возможность совместного обезвреживания модельных и промышленных СВ, содержащих ИТМ, и сернисто-щелочных стоков химических и нефтехимических производств.
2.Выявлена взаимосвязь между физико-химическими свойствами СВ химических и нефтехимических производств и эффективностью очистки смесевых стоков от ИТМ. Установлены механизмы процесса совместного обезвреживания, основанные на протекании коагуляционно-флокуляционных, коллоидно-адсорбционных и реагентных процессов, позволяющие обеспечить снижение негативной техногенной нагрузки на водные объекты.
3. Определен состав органических загрязняющих веществ в составе сернисто-щелочных стоков и образующихся шламов. Найдено, что комплексная очистка сточных вод способствует снижению класса опасности образующихся осадков.
4. Разработана математическая модель, описывающая взаимодействие двух стоков, позволяющая определить оптимальные параметры процесса их совместного обезвреживания
Практическая значимость работы. Установлены условия проведения процесса совместного обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, и стоков нефтехимических производств от ИТМ и органических примесей.
Проведены опытно-промышленные испытания предложенного способа для обезвреживания СВ, содержащих ИТМ, ЗАО «Челныводоканал». Показано, что степень очистки от ИТМ при использовании щелочного стока ОАО «Нижнекамскнефтехим» по ионам Cu2+ - 98,4 %; для Ni2+- 99,4 %; Feобщ - 96,46 % и Zn2+ - 96,5.
Рассчитанный эколого-экономический эффект при планируемом внедрении предлагаемого совместного обезвреживания СВ составит более 12,3млн. руб/год.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: III, IV, V Республиканских научных конференциях «Промышленная экология и безопасность» (2008-2010 гг.), г. Казань; Международной научно-практической образовательной конференции «Образование и наука - производству (2010 г), г. Набережные Челны; VI Всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы безопасности в техносфере» (2010 г), г. Улан-Удэ; Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (2012 г.), г. Казань.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, 5 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 35 рисунков. Список используемой литературы включает 122 наименования.
