Введение к работе
Актуальность. В настоящее время активно ведется разработка методов снижения экологической нагрузки на окружающую среду с помощью вторичного использования отходов производства. Известно, что общепринятая технология выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС предусматривает появление в цикле ряда экологически вредных побочных продуктов, нейтрализация и утилизация которых требует значительных материальных, энергетических и финансовых затрат. Ежегодно происходит увеличение объемов шлама, образующегося на ТЭС на стадии предварительной очистки при коагуляции и известковании, усиливая экологическую нагрузку на прилегающие территории. Одним из направлений является обезвоживание и утилизация шламовых вод, с последующим захоронением в поверхностных хранилищах, не оборудованных средствами защиты окружающей среды от фильтрационных вод.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что шламы химводоочистки (ХВО) ТЭС, являющиеся производственным отходом, могут служить ценным сырьем для многих отраслей промышленности и сельского хозяйства.
Цель работы. Использование шлама осветлителей химводоочистки в качестве сорбента для очистки нефтесодержащих стоков ТЭС.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью при выполнении научной работы необходимо решить следующие задачи:
провести экспериментальные исследования общетехнических и физико-химических свойств шлама ХВО ТЭС;
обобщить полученные экспериментальные данные в виде графиков и таблиц;
- модифицировать схему очистки сточных вод ТЭС при условии
использования шлама ХВО ТЭС в качестве адсорбента;
- оценить экономический эффект модернизации схемы очистки сточных вод
ТЭС при замене антрацита и активированного угля шламом ХВО.
Научная новизна заключается в использовании шлама ХВО, являющегося побочным продуктом выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС, в качестве нового сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Для выбора эффективных технических решений по практической реализации метода сорбционной очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов использована одномерная диффузионная модель сорбционного фильтрования и экспериментально определены необходимые для ее решения неизвестные параметры.
Установлен механизм очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием в качестве сорбента шлама осветлителей ХВО.
- Получены данные по построению изотермы адсорбции и моделированию
работы адсорбционных фильтров с шламом ХВО.
Практическая значимость заключается:
- в комплексном ресурсосберегающем решении проблемы очистки сточных
вод ТЭС от нефтепродуктов на сорбционных фильтрах с использованием в
качестве сорбента шлама, а также сокращении его объемов при складировании;
- получении экспериментальных данных по общетехническим и физико-
химическим свойствам шлама ХВО, а именно: влажности, зольности,
гранулометрического состава, теплоты сгорания, плавучести и сорбционной
способности;
сокращении затрат электростанций на приобретение сорбентов для очистки вод от нефтепродуктов на 33% (114,6 тыс. руб.);
обеспечении глубокой степени очистки сточных вод (до 95%) перед их сбросом в водоемы и уменьшении техногенной нагрузки на окружающую среду.
Методы исследования. В основу работы положены экспериментальные исследования, которые были проведены в лабораториях кафедры технологии воды и топлива КГЭУ, ИОФХ им. А.Е. Арбузова, химического цеха Казанской ТЭЦ-1 и ЦСИАКа при Министерстве экологии и природных ресурсов РТ. При проведении исследований по изучению общетехнических свойств шлама ХВО и возможности его использований при очистке сточных вод ТЭС использовались методы гравиметрического, фотоколориметрического, хроматографического анализа и метод ИК-спектрометрии.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением аттестованных методик, государственных стандартов и средств измерений, имеющих высокий класс точности.
Обработка полученных экспериментальных данных и построение математической модели приводились с использованием прикладного пакета программ среды MathCad.
Положения, выносимые на защиту.
Результаты экспериментального исследования общетехнических свойств шлама, метода адсорбционной очистки низкоконцентрированных нефтесодержащих сточных вод ТЭС шламом ХВО Казанской ТЭЦ-1.
Модифицированная схема очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов при использовании шлама ХВО.
Математическая модель процесса адсорбционной очистки и результаты решения полученных уравнений.
Апробация работы и публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ, из них 5 из перечня ВАК РФ. Получено положительное решение на патент «Сорбент для очистки сточных вод тепловых электрических станций» №2010129163/05 от 13.07.2010г.
Основные положения диссертационной работы были доложены на
Международной научно-технической конференции «Энерго- и
ресурсоэффективность в энергобезопасности России» (Казань, 2007г.), Международной научно-технической конференции к 40-тию КГЭУ «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы» (Казань, 2008г.), VI Всеросс. школе-семинаре «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2008г.), XIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2008г.), XXI Международной научно-технической конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008г.), III и IV Международных молодежных научных конференциях
«Тинчуринские чтения» (Казань, 2008-2009гг.), X Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2009г.), XVIII Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2010г.).
Структура и объем работы. Работа изложена на 117 страницах, содержит 22 таблицы и 24 рисунка. Структура работы включает в себя введение, 4 диссертационные главы, заключение (выводы по работе), список литературы из 110 источников отечественных и зарубежных авторов, 5 приложений.
