Введение к работе
Актуальность и состояние проблемы. Одним из приоритетных направлений научно-технического развития как в нашей стране, гак и за рубежом является экологическое состояние водного бассейна л рациональное использование водных ресурсов. Об этом свидетельствует большое количество новых международных научных программ, прикладных разработок и фондов, а также постоянно возрастающее количество публикаций по этому вопросу.
Перспективными методами защиты водного бассейна от загрязнений являются электрохимические и баромембранные методы. Теоретические и экспериментальные исследования по разделению водных растворов, содержащих неорганические вещества электродиализными и баромембраннымн методами отмечены в фундаментальных работах Т. Мащуры. С. Тоне, С. Соурирайана, Г. Джонсона, М. Мулдера, С. Ф. Тшшшева, В. А. Шапошника, Ю. И. Дытнерского и др. Обобщающие систематизированные исследования по данным методам разделения водных растворов, содержащих органические вещества, отсутствуют. Нет и исследований по электробаромембранным методам очистки, выделения и получения органических веществ из промышленных стоков.
Основной идеей диссертации является разработка научных основ создания многофункциональных электрохимических и баромембран-ных процессов и аппаратов, их математическое описание, апробация в технологических процессах очистки, выделения и получения органических веществ из промышленных стоков и внедрение в различные отрасли промышленности.
Научные исследования, составляющие основу диссертационной работы, выполнялись в соответствии с Постановлением Государственного Комитета СССР по науке и технике, координационным планам научно-исследовательских работ АН СССР по направлению "Теоретические основы химической технологии" на 1986 - 1990 гг. (код 2.27.10.25), на 1991 - 1995 гг. (код 2.27.2.16) и по региональной научно-технической программе ТГТУ "Черноземье", 1997 - 2000 гг., тема ЗГ/99 ГБР "Разработка теоретических основ расчета и проектирования он-
^1^ Г"" — I Jl '~"-r'-i.'. --*-',Г'~ ,.^,,,. .A.L v.», 4 .. „^„„j ^^^Mi
электрохимических її микробиологических производств .
Цель работы. Разработать научные основы создания многофункциональных электрохимических и баромембранных методов для технологических процессов очистки, выделения и получения органических веществ нз промышленных стоков, создать их математическое описание и разработать инженерные методики расчета аппаратов, апробировать и внедрить полученные результаты в различные отрасли промышленности.
Указанная цель потребовала решения задач:
проведения систематизированных исследований по электрохимическому и баромембранно.му разделению большого класса органических веществ, находящихся в промышленных стоках;
выработки единого представления об исследуемых электрохимических и баромембранных процессах как об иерархической многоуровневой системе;
проведения обширных экспериментальных исследований; изучения влияния различных параметров на кинетические характеристики; разработки математических моделей массо- и теплопереноса;
создания гибких конструкций электрохимических и баромембранных аппаратов и способов очистки, выделения и получения органических веществ из промышленных растворов;
разработки процессов предочистки и утилизации пермеата и концентрата мембранных установок;
создания технологических схем очистки промышленных стоков, содержащих органические вещества, отличающихся высокой эффективностью, малой энергоемкостью, компактностью.
Методология исследований. Методологической основой явились системные исследования, физическое и математическое моделирование. Разрабатываемые методы рассмотрены как единая взаимосвязанная система.
Теоретические исследования выполнены с использованием законов сохранения массы и энергии. В экспериментальных исследованиях использованы методика планирования эксперимента, частные методики, измерительные приборы, оригинальные установки и аппараты. Все расчеты выполнены с применением ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в разработке научных основ создания многофункциональных электрохимических и баромембранных процессов и аппаратов для технологических методов очистки, выделения и получения органических веществ из промышленных растворов.
Для реализации такого подхода в диссертации решены следующие проблемы:
- впервые проведены систематизированные исследования по элек-
ТрОХИМИЧеСКОМу И ОіїмУМ сг.іирьіііНОг.іу рЯЗДе-ТСКИК.' «„'СЛЫНОГО ІчДЇЇ ССГ!
органических веществ, находящихся в промышленных растворах;
разрабатываемые процессы представлены как единая многоуровневая система, включающая молекулярный, кинетический и технологический взаимосвязанные уровни; определен класс задач для каждого уровня и методология их решения; выявлены лимитирующие явления поточно-диффузионного механизма переноса;
получены обширные экспериментальные данные; аналитически описаны и объяснены кинетические коэффициенты как функция физических условий проведения процессов;
- разработаны математические модели массо- и теплоперсноса;
созданы гибкие конструкции электрохимических и баромем-бранных аппаратов;
разработаны способы и технологические схемы очистки, выделения и получения органических веществ из промышленных стоков;
исследованы химические, физические и биологические методы предочистки и утилизации пермеата и концентрата электрохимических и баромембранных аппаратов.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждена современными методами анализа, статистической обработкой, сходимостью теоретических исследований с экспериментальными данными (расхождение составляет до 20 %), их практической проверкой на опытно-промышленных аппаратах и апробацией в технологических процессах очистки, выделения и получения органических веществ.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Результаты теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований электрохимических и баромембранных процессов по очистке, выделению и получению органических веществ из промышленных стоков стали базой для разработки научно-обоснованной инженерной методики расчета оптимальных процессов и аппаратов, что позволило решить ряд практических задач, результаты которых внедрены в промышленность. Правовую защищенность этих решений обеспечивают четыре авторских свидетельства СССР и один патент РФ.
Результаты выполненных исследований и предложенные методики расчета приняты при разработке электрохимических и баромембранных аппаратов для процессов очистки промышленных растворов на Минском конвольно-суконном комбинате АО "Сукно" (БССР), при очистке сточных вод в Минском концерне "Беллегпром" с эколого-экономическим эффектом в 200 тыс. российских рублей в год (в ценах 2000 г.), при очистке сточных вод производства сульфенамида Ц на Кемеровском ПО "А.зот" с возможной организацией замкнутого цикла по воде и продуктам, находящимся в промышленных стоках с эколого-экономическим эффектом в І94,і тыс. р. (в ценах І99І г.), при очисікс сточных вод и организации замкнутого цикла по воде и экономии энергии на Тамбовском ЛО "Пигмент", при очистке сточных вод от анилиновых красителей отделочного участка Кобринской прядильно-ткацкой фабрики (БССР) и Минского конвольно-суконного комбината ОАО "Сукно" с эколого-экономическим эффектом в 200 тыс. российских рублей в год (в ценах 2000 г.), при регенерации водных растворов участка стабилизации тканей Кобринской прядильно-ткацкой фабрикой с эколого-экономическим эффектом в 150 тыс. российских
рублей в год ( в ценах 2000 г.), при разделении водной массы паточной барды Сосновского спиртового (Тамбовская область) завода с эколого-экономическим эффектом в 250 тыс. р. в год ( в ценах 2090 г.), при очистке сточных вод сосновского іуїаслосьірзаьода v' амооьская оо-ласть) с эколого-экономическим эффектом в 200 тыс. р. в год (в ценах 2000 г.).
Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы докладывались: на Всесоюзной конференции "Создание и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон" (Москва, 1989 г.), на Всесоюзной конференции "Синтез и исследование эффективности химикатов-добавок для полимерных материалов" (Тамбов, 1990 г.), на Всесоюзной конференции "Экологические проблемы производства синтетического каучука" (Воронеж, 1990 г.), на И Межгосударственной научно-практической конференции "Методы исследования, паспортизации и переработки отходов" (Пенза, 1994 г.), на II, III и VIII региональной научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технологии" (Тамбов, 1994, 1996 гг., Воронеж, 1995, 2000 гг.), на XIII Всесоюзном совещании по электрохимии органических соединений "Новейшие достижения в области электрохимик органических соединений" (Тамбов, 1994 г.), на III научно-технической конференции стран СНГ (Волгоград, 1995 г.), на областных экологических конференциях "Информационное обеспечение экологической безопасности в Тамбовской области" (Тамбов, 1995, 1998 гг.), на Международной научно-технической конференции "Экология и жизнь - 2000" (Великий Новгород, 2000 г.), на 12, 13 и 14 Международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологии" (Великий Новгород, 1999 г., С- Петербург, 2000 г.; Смоленск, 2001 г.), на второй Всероссийской научной internet-конференции (Тамбов, 2001 г.). Пол научным руководством соискателя в декабре 2000 г. защищена кандидатская диссертация.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 74 печатные работы, в том числе статьи в академических и ui-раслевых журналах, в международных сборниках статей, доклады на совещаниях и конференциях различного уровня, авторские свидетельства на изобретения (СССР) и патент РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на 543 страницах машинописного текста, включая 102 рисунка и 77 таблиц. Биб лиография - 321 наименования отечественных и зарубежных авторов.
