Введение к работе
Актуальность проблемы
Современное металлообрабатывающее производство характеризуется большим водопотреблением, значительным количеством неутилизи-руемых отходов и высокими удельными сбросами загрязнений в виде сточных вод, что создает для отрасли серьезную проблему не только в связи с ужесточением требований природоохранных органов к промышленным предприятиям, но и в связи с резко возрастающими размерами платы за сбросы и размещение отходов на свалках и полигонах. В связи с этим необходима разработка новых концептуальных решений по созданию ресурсосберегающих технологий в отрасли на основе классификации водопотоков и глубокого анализа существующих методов очистки стоков и обезвреживания отходов. Так как при повторном использовании отработанных вод нет необходимости в их глубокой очистке, а достаточно удалить только те вещества, которые окажут отрицательное влияние на качество выпускаемой продукции, и установить значения их ПДК в используемой воде. Предпочтение следует отдавать решению вопросов повторного использования очищенных сточных вод. Например, сохранение в очищаемых эмульсионных сточных водах щелочных компонентов и их повторное использование позволит сократить расход товарного сырья как при нейтрализации обезвреживаемых вод, так и в процессе приготовления новых порций смазочно-охлаждающих жидкостей.
Отходы очистки сточных вод металлообрабатывающих производств в настоящее время вывозятся на свалки, полигоны или сжигаются без утилизации продуктов горения, интенсивно загрязняя почву, воздух и водоисточники. Повышение эффективности использования производственных отходов, извлечения из них ценного сырья сдерживается отсутствием достаточно рациональных способов их подготовки, переработки и транспортирования в пределах как отдельных предприятий, так и целых комплексов. Для организации ресурсосберегающих технологий исключительное значение имеет кооперирование предприятий металлообработки и производства стройматериалов, когда отходы одних становятся сырьем для других. В данной работе решается задача не просто ликвидировать отходы очистки производственных сточных вод, а извлечь из них ценные компоненты и вещества. Так, отходы шлифовального производства (шла-мы) содержат в себе дорогостоящие стали, нефтепродукты, абразивный материал и его связку. Из-за отсутствия исследований по переработке, извлечению из них нефтепродуктов и получению солей железа, а также в связи с несовершенством конструкций систем сбора и доставки их к мес-
ту использования, практически все металлообрабатывающие предприятия вывозят этот вид отходов на свалку для захоронения, загрязняя природную среду. Эта обстоятельства и определили цель работы-разработка научно обоснованной концепции ресурсосберегающих технологий на предприятиях металлообрабатывающей промышленности и создание на ее основе систем водного хозяйства, предусматривающих максимальное извлечение и переработку токсичных отходов, и использование схем замкнутого водопользования.
Реализация поставленной цели обеспечивается путем глубокого анализа и разработки принципиально новой классификации потоков сточных вод с позиций общности компонентного состава и физико-химических свойств загрязнений и научного обоснования концептуальных принципов создания перспективных малоотходных технологий максимального извлечения загрязнений из производственных стоков.
Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы по единому заказ-наряду Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации и в рамках целевой федеральной программы "Отходы" (постановление правительства РФ от 13.09.96 № 1098).
Научная новизна
Впервые на основе глубокого анализа физико-химических свойств загрязнений проведены классификация потоков сточных вод металлообрабатывающих предприятий в зависимости от их компонентного состава и систематизация технологических принципов и методов их очистки.
Разработаны положения принципиально новой научной концепции создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих производств, обеспечивающей переработку и использование отходов в собственном производстве при очистке сточных вод, возврат очищенных сточных вод в производство, обогащение отходами очистки сточных вод строительного сырья и включающей анализ риска инвестирования, определение доходности и оценку ликвидируемого ущерба природной среде.
Впервые изучены восстановительные и коагулирующие свойства реагента, полученного из шлифовального шлама. Установлена восстановительная способность шлифовально-шламовой суспензии. Разработана методика быстрой оценки восстановительных свойств шламов и суспензий на их основе. Предложена новая характеристика - восстановительная емкость (BE) шлифовального шлама.
Установлены зависимости BE от вида шлифовального шлама, срока эксплуатации СОЖ и от показателей качества очищаемой сточной воды.
Установлено, что адсорбированные на поверхности мелкодисперсных шламовых частиц нефтепродукты, вступая в восстановительный процесс, исключают пассивацию железа, возможную в нейтральных и слабокислых растворах, и увеличивают скорость восстановления ионов шестивалентного хрома.
Впервые установлено, что отходы шлифовального производства могут применяться в качестве коагулянта при очистке эмульсионных сточных вод и в качестве реагента-восстановителя при очистке хромсодержа-щих сточных вод.
Разработан новый вид реагента-восстановителя и новый способ очистки хромсодержащих сточных вод.
Изучена возможность извлечения из шлама и сточных вод нефтепродуктов и разработана технология их подготовки к вторичному использованию.
Разработана технологическая схема комплексной очистки хромсодержащих, эмульсионных сточных вод реагентами, полученными из отходов шлифовального производства. Показана возможность утилизации кислот и щелочей без предварительного их выделения.
Впервые обоснованы допустимые уровни показателей качества воды, повторно используемой для приготовления СОЖ.
Уточнена методика расчета усреднителей, что обеспечивает быстрый расчет сооружения при произвольном характере колебаний концентраций и расходов сточных вод.
Установлено, что высокотемпературная обработка (выше 1000С) переводит тяжелые металлы отходов очистки сточных вод в невыщелачивае-мые формы, обеспечивает их обезвреживание и надежное захоронение в керамзитовом гравии, качество которого при этом улучшается за счет снижения его плотности и увеличения коэффициента вспучивания, а производительность процесса производства керамзитового гравия повышается за счет расширения температурного интервала вспучивания.
Разработаны новые сырьевые смеси (вещества) с добавками отходов очистки сточных вод.
Доказано, что шлифовальный шлам может быть использован в качестве добавок к асфальтобетону, а осадок иловых карт в качестве добавки при изготовлении бетонных блоков. Нефтесодержащий шлам очистных сооружений подшипниковых заводов в смеси с гранулированным доменным шлаком может быть успешно использован в качестве заполнителя при производстве пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей.
Практическая ценность
Разработана и внедрена технология комплексной очистки хромсо-держащих, эмульсионных, кислотно-щелочных вод в замкнутой системе водного хозяйства Вологодского подшипникового завода.
Разработана методика оценки экологс-экономической целесообразности ресурсосберегающих технологий и проведено сравнение существующих и предлагаемых технологий по показателям, приведенным к сопоставимому виду. Предложена новая формула расчета экономического эффекта для различных вариантов ресурсосберегающих технологий с учетом предотвращенного экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса и чистого дисконтированного дохода.
Обоснованы показатели качества повторно используемой очищенной воды для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей. Технология повторного использования очищенных сточных вод успешно прошла производственную проверку на Вологодском подшипниковом заводе и использована при разработке инструкции И 37.573.318-82 "Эксплуатация временной оборотной линии подачи очищенных промстоков на приготовление СОЖ", утвержденной главным инженером завода. '
Результаты исследований по трубопроводному транспортированию шлифовально-шламовых суспензий нашли применение на Вологодском подшипниковом заводе при перекачке отработанных СОЖ на расстояние до 1 км.
Способ нейтрализации производственных сточных вод утилизируемым содовым раствором внедрен на очистных сооружениях Вологодского подшипникового завода, что позволило отказаться от применения товарной извести.
Разработана и внедрена на Вологодском подшипниковом заводе технология утилизации и подготовки водомаслорастворимых компонентов современных СОЖ до требований группы СНО и использования утилизованных нефтепродуктов в котельной завода.
На Вологодском подшипниковом заводе успешно проведены испытания по очистке эмульсионных и хромсодержащих сточных вод соответственно коагулянтом и реагентом-восстановителем, полученными из шлифовального шлама Технология очистки отработанных СОЖ коагулянтом, полученным из шлифовального шлама, нашла применение на очистных сооружениях завода.
На вологодских предприятиях - заводе ЖБИ треста "Вологдастрой", АООТ "Завод ЖБИ и К Вологдастрой" (цех №14), АООТ "Стройиндуст-рия",- проведены испытания по использованию в качестве добавок к сырью керамзитового гравия, асфальтобетона, бетонных блоков следующих
видов отходов: шлифовального и гальванического шламов, нефтесодер-жащего шлама из шламонакопителя очистных сооружений и осадка иловых карт городских очистных сооружений, загрязненного тяжелыми металлами.
Разработаны технические условия на использование в качестве добавок к сырью:
шлифовального, гальванического шламов, осадка иловых карт при производстве керамзитового гравия;
шлифовального и нефтесодержащего шлама к асфальтобетону;
осадка иловых карт, содержащего тяжелые металлы, при изготовлении бетонных блоков;
нефтесодержащего шлама в смеси с гранулированным доменным шлаком при производстве пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей.
В АООТ "Завод ЖБИ и К Вологдастрой'' внедрена технология использования шлифовального шлама при производстве керамзита, а в АООТ "Стройиндустрия"-технология использования шлифовального шлама и нефтесодержащего шлама в смеси с гранулированным доменным шлаком АО "Северсталь" (г. Череповец) при производстве асфальтобетона, а также технологии утилизации гальваношлама и осадка иловых карт при производстве керамзитового гравия.
По запросу Минского филиала ВНИИ "Оргстанкинпром" ему выданы исходные данные для проектирования и технические условия на процесс использования шламов и осадка в качестве добавки при получении керамзита.
В настоящее время по разработкам автора в Смоленске на очистных сооружениях канализации и керамзитовом заводе внедряется технология утилизации осадка, содержащего тяжелые металлы.
На многие разработки автора институт получал запросы от предприятий и организаций различных отраслей различных форм собственности, коммунальных служб, а также из-за рубежа.
Строительной инспекцией Вологодской области результаты исследований автора рекомендованы к широкому применению на предприятиях стройиндустрии.
Уточненная автором методика расчета усреднителей и реализованный в программах их алгоритм расчета для ПЭВМ внедрены в учебный процесс ряда вузов.
Апробация работы
Основные результаты выполненной работы докладывались на научно-технических Всесоюзных и региональных конференциях, симпозиумах в гг. Москве, Санкт-Петербурге, Петрозаводске, Одессе, Киеве, Архангельске, Вологде, Самаре, Волгограде, Кишиневе, Пензе, Севастополе, Череповце, Курске в 1983-1996 гг., на Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы фундаментальных наук" в Москве (1991г., 1994 г.), "Инженерные проблемы экологии" в Вологде (1993 г.), на втором Международном конгрессе "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК-96.
Публикации
Исследования и разработки, выносимые на защиту, цитированы в списке литературы (см. ниже). В целом же список научных трудов соискателя составляет 111 наименований, по теме диссертации опубликовано 83 работы, в том числе получено 3 авторских свидетельства и 8 патентов.
На защиту выносятся:
- классификация сточных вод металлообрабатываюших предприятий
по потокам в зависимости от компонентного состава и физико-
химических свойств загрязнений и технологическим принципам их
очистки;
положения принципиально новой научной концепции создания ресурсосберегающих технологий в системах водного хозяйства металлообрабатывающих предприятий;
результаты исследований по применению повторно используемой очищенной сточной воды для приготовления СОЖ, по оценке закономерностей трубопроводного транспортирования суспензий шлифовального шлама, по очистке эмульсионных и хромсодержащих сточных вод реагентами, полученными из шлифовального шлама, по использованию отходов очистки сточных вод в качестве добавки к сырью стройматериалов;
санитарно-гигиеническая оценка технологии утилизации отходов очистки сточных вод при производстве стройматериалов;
составы новых веществ (сырьевые смеси), получаемые с использованием отходов очистки сточных вод и защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами Российской Федерации;
методика оценки эколого-экономической эффективности разработанной ресурсосберегающей технологии.
Личный вклад соискателя:
обоснованы требования к качеству воды, повторно используемой для приготовления СОЖ;
разработана технологическая схема очистки производственных сточных вод по ресурсосберегающему принципу;
изучены основные закономерности движения шлифовально-шламовых суспензий по трубопроводам;
разработаны новые сырьевые смеси (вещества) на базе отходов очистки сточных вод;
разработан новый вид реагента-восстановителя и новый способ очистки хромсодержащих сточных вод;
разработана методика экспресс-оценки восстановительных свойств шламов и суспензий на их основе;
введена новая характеристика отхода очистки сточных вод - восстановительная емкость;
разработана методика санитарно-гигиенической оценки технологии утилизации отходов очистки сточных вод при производстве стройматериалов;
разработана методика оценки экономической эффективности ресурсосберегающей технологии.
Структура и объем работы