Введение к работе
Актуальность проблемы. Кожевенное производство - экологически опасный объект для окружающей среды, прежде всего — гидросферы и литосферы. В связи с ужесточением требований по охране окружающей среды в странах Западной Европы в последние десятилетия наметилась устойчивая тенденция к перемещению выполнения наиболее водоёмких и экологически опасных мокрых процессов производства полуфабриката хромового дубления на восток, в том числе и в Россию. Это означает увеличение техногенной нагрузки на природную среду в нашей стране и ухудшение ее экологического состояния. Поэтому разработка комплексной системы мер по охране окружающей среды на кожевенных заводах представляется весьма актуальной.
По отчетным данным Курского кожевенного завода, из общего количества удаляемых с завода загрязнений наибольшее поступает в воду - 72 %, на почву с осадком сточных вод - 22 %, в воздух - 6 %. Поэтому главным для кожевенных предприятий в осуществлении охраны окружающей среды является обеспечение охраны водного бассейна и почвы на основе совершенствования водного хозяйства, обработки осадков.
На кожевенных заводах сточные воды недостаточно очищаются по большинству компонентов, среди которых наиболее токсичными являются сульфиды, хром, азот аммонийный, белковые соединения.
Осадки кожевенных заводов в большом количестве и с высокими затратами вывозятся на полигоны промотходов, загрязняя почву, атмосферный воздух, подземные водные горизонты.
Отработанные растворы после отдельных технологических операций, содержащие ценные химикаты, повторно используются лишь на крупных кожевенных заводах и в неполном объёме. В результате такие ценные и в то же время токсичные химикаты, как сернистый натрий, хромовый дубитель, сульфат аммо-ния, поваренная соль (малотоксичная, но в больших количествах), а также продукты распада кожевенного сырья сбрасываются на заводские очистные соору-ж'гния и затем - на городские очистные сооружения, приводя к нарушениям в работе станции биологической очистки сточных вод - конечного этапа их обработки, и в итоге - к загрязнению водоемов.
Разработка и внедрение технологий повторного использования химикатов, очистки сточных вод, обработки и утилизации, осадков сточных вод кожевенных заводов представляются весьма актуальными как с точки зрения охраны природы, так и с экономической точки зрения.
Целью работы является создание комплексной системы очистки сточных вод предприятий кожевенной промышленности, включающей разработку и внедрение современных и эффективных методов очистки отработанных технологических растворов для их повторного использования, методов очистки сточных вод, обезвоживания и утилизации осадков сточных вод, разработку технологии получения эффективных и недорогих коагулянтов для очистки сточных вод.
Идея работы заключается в реализации комплексного подхода в решении проблемы снижения вредного воздействия кожевенного предприятия на гидро-
сферу и литосферу, а именно - в повышении степени рекуперации применяемых химикатов, очистки сточных вод и обезвоживания осадка сточных вод за счет разработки и применения эффективных методов обработки технологических растворов, очистки сточных вод, создания новых эффективных коагулянтов и разработки, и осуществления методов обезвоживания и утилизации осадков.
Объект исследования — отработанные технологические растворы, сточные воды и осадки сточных вод кожевенных заводов, коагулянты для очистки сточных вод.
Предмет исследования — основные закономерности процессов обработки и повторного использования технологических растворов, очистки сточных вод и обезвоживания осадков сточных вод, закономерности процессов производства коагулянтов.
Задачи исследования:
1. В лабораторных и производственных условиях разработать методы и
установить оптимальные режимы обработки для повторного использования тех
нологических растворов после следующих процессов: промывка кожевенного
сырья; золение; обеззоливание; дубление.
-
Теоретически и экспериментально установить рациональный способ очистки сточных вод от сульфидов.
-
Разработать способ повышения эффективности действия коагулянтов на основе солей алюминия, осуществить его в промышленном масштабе.
-
Определить оптимальный режим получения коагулянтов на основе глины и отходов производства, испытать их в промышленных условиях.
-
Определить рациональный способ и изучить кинетику снижения влажности, направление утилизации осадка сточных вод.
Методы анализа. При проведении исследований по очистке отработан
ных технологических растворов и сточных вод, обезвоживанию осадка, получе
нию коагулянта использовались титриметрические, гравиметрические, колори
метрические, спектрофотометрические и электрометрические методы анализа.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований по очистке, обработке и повторному ис-
пользованию отработанных технологических растворов после процессов:
промывки кожевенного сырья крупного рогатого скота (КРС) с использованием очищенного раствора для пикелевания;
золения;
обеззоливания;
дубления.
-
Технологические схемы очистки и обработки отработанных растворов после этих процессов.
-
Результаты исследований по очистке сточных вод от сульфидов.
-
Способ получения модифицированного алюминиевого коагулянта на основе сернокислых и хлористых солей алюминия.
-
Способ получения коагулянта из золы ТЭЦ и глины.
-
Способ и устройство по обезвоживанию осадка сточных вод электроосмосом.
5 Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые разработана и предложена комплексная система очистки сточных вод кожевенного завода.
-
Установлена зависимость эффективности удаления взвешенных веществ из минерализованных сточных вод после промывки кожевенного сырья от температуры; установлена корреляция этой зависимости с изменением вязкости жидкости. На основе установленной зависимости разработан способ очистки сточных вод, новизна способа подтверждена выдачей патента РФ № 2116973 на изобретение "Способ очистки минерализованных жиросодержащих сточных вод от взвешенных частиц";
-
Получены экспериментальные зависимости содержания сульфидов, рН в отработанной и подкисленной зольной жидкости от времени аэрации, установлены концентрации сернистого натрия в поглощающих жидкостях: известковом молоке, растворах гидроксида натрия и сернистого натрия, при которых начинается проскок сероводорода;
-
Установлены основные закономерности очистки отработанных обез-золивающего и дубильного растворов (влияние рН, температуры раствора, концентрации различных осадителей и коагулянтов);
-
Определены оптимальные концентрации основных солей сульфата и хлорида алюминия, температура и плотность тока при выработке модифицированного коагулянта для очистки сточных вод на основе этих солей. Новизна полученных данных подтверждена выдачей патента № 2097335 на изобретение "Способ получения коагулянта";
-
Установлены закономерности влияния добавок хлоридов на выщелачивание окислов железа и алюминия растворами серной кислоты из золы ТЭЦ и глины при выработке смешанного коагулянта. Новизна результатов подтверждена выдачей патента № 2122975 на изобретение "Способ получения коагулянта";
-
Установлен механизм каталитического окисления сульфидов на гальванической паре кокс-железо, кокс-марганец при аэрации сточных вод;
-
Установлена зависимость скорости обезвоживания осадка сточных вод кожзавода от времени электроосмоса. Новизна результатов подтверждена выдачей патента № 2183206 на изобретение «Способ подготовки вспучивающего компонента для сырьевой смеси производства керамзита».
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются многократным повторением экспериментов, подтверждением отдельных результатов и наблюдений данными литературы. Обоснованность предложенных технологических решений, выводов и рекомендаций подтверждена положительными результатами испытаний полупромышленных и промышленных установок.
Практическая значимость и реализация результатов работы (Курский
кожевенный завод): , . . . . .
разработана технология, смонтирована и испытана промышленная установка по очистке вод после промывки кожевенного сырья, содержащих поваренную соль, с использованием очищенного рассола для приготовления пикеля производительностью 80 м3/сутки;
определены оптимальные условия, разработана конструкция, смонтирована и испытана установка по обезвреживанию отработанного зольного раствора и возврату в производство содержащихся в нем сульфидов на полную производительность завода (100 т сырья в сутки) с объемом реактора 70 м и переработкой 50 м3/сутки отработанного зольника;
разработана технология и рациональная схема очистки для повторного использования отработанного обеззоливающего раствора;
разработана рациональная схема обработки хромсодержащего раствора после процесса дубления;
разработаны технологии, смонтированы и испытаны установки по получению модифицированного коагулянта на основе сульфата или хлорида алюминия, по получению коагулянта на основе глины для очистки сточных вод в объёмах на полную производительность завода;
разработан режим, смонтирована и испытана промышленная установка по обезвоживанию осадка сточных вод электроосмосом;
по разработанной технологии смонтирована, испытана и эксплуатируется установка по получению коагулянта из глины для очистки маслоэмульси-онных сточных вод на 20-ом подшипниковом заводе (АПЗ-20") (результаты приведены в приложении к диссертации).
Научные и практические результаты диссертационной работы использованы Беллегпромпроектом (г.Минск) в проекте реконструкции Могилевского кожевенного завода (Республика Беларусь); проектной организацией "Мармелин-ком" (г.Йошкар-Ола) в проекте строительства нового кожевенного завода в республике Марий-Эл; ЗАО «Курскстройпроект» в качестве рекомендаций в проекте реконструкции очистных сооружений Острогожского кожевенного завода (Воронежская область).
Результаты исследований используются в учебном процессе в Курском государственном техническом университете при чтении лекций по дисциплинам: «Теоретические основы защиты окружающей среды», «Основы производства», «Технология подготовки питьевой воды», «Экология Курского края»; при выполнении бакалаврских и дипломных работ и проектов по специальности 330200 (280202.65) «Инженерная защита окружающей среды» (под руководством автора с 1999 г. по теме диссертации защищено 8 выпускных квалификационных работ бакалавров и специалистов). Отдельные разработанные положения включены в учебные пособия: «Технология подготовки питьевой воды» (2006 г.), «Экология Курского края» (в печати 2006 г.).
Личный вклад автора. Автор лично участвовала в разработке идеи и методологии исследований, постановке и проведении экспериментов, разработке способов и схем очистки сточных вод, конструкций установок, их испытании в лабораторных и промышленных условиях.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях в г. Москве, г. Рязани, г. Ельце, на международных научно-технических и научно-практических конференциях в г. Курске (2000-2005 гг.); на научно-технических советах Курского кожевенного завода и 20-м подшипниковом заводе г. Курска в 1994-2000 гг. Отдельные положения работы отмечались дипломами лауреата и участника конкурса на лучшую работу в
7 области экологии областного экологического фонда г. Курска (2002-2005 гг.); включены в «Доклады о состоянии и охране окружающей среды на территории Курской области в 2001-2004 гг.».
Публикации. Основные результаты и положения диссертации отражены в 24 печатных работах, включая 4 патента и 2 заявки на изобретения, 15 статей, 3 учебных пособия (одно из них - с грифом «Допущено учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 656500 (280100) — «Безопасность жизнедеятельности» и 656600 (280200) — «Защита окружающей среды»).
Структура работы. Работа состоит из введения, 9 глав, выводов, списка использованной литературы и 12 приложений (акты: об очистке и возвращении в производство раствора поваренной соли; об испытании пикельного раствора, приготовленного на оборотной воде, полученной из отработанного отмочного раствора; о приеме в эксплуатацию установки по обезвреживанию сульфидов в стоках зольного цеха; о проведении промышленных испытаний коагулянта на основе глины на очистных сооружениях АООТ "ККЗ"; об использовании обезвоженного ила очистных сооружений ОАО " ККЗ" при производстве керамзитового гравия; о внедрении технологии очистки маслоэмульсионных сточных вод и обезвоживания осадка на 20-м подшипниковом заводе; приемки электрокоагу-ляционной установки ТХИ-1, смонтированной на локальных очистных сооружениях АО «Курский кожевенный завод» для обезвреживания сульфидов в сточных водах; об изготовлении и передаче АО «Курский кожевенный завод» 5,4 тонн коагулянта ХТИ-2 на основе глины; отчёт «Получение и применение коагулянта на основе глины на 20-м подшипниковом заводе г. Курска»; фотографий промышленных установок).
Работа изложена на 295 страницах машинописного текста, включая 59 рисунков, 42 таблицы в тексте. Библиографический список содержит 201 наименование.
