Введение к работе
Актуальность работы. Проблема использования воды в машиностроении актуальна во всем мире. Для этой отрасли характерны высокие значения объемов водопотребления и степени загрязнения производственных сточных вод токсичными веществами: ионы тяжелых металлов, многоядерные органические вещества, нитрит-ионы.
Основные источники загрязнения - процессы гальванопроизводства и металлообработки, являющиеся обязательными технологическими циклами сложного комплекса машиностроительного предприятия.
В отечественной и зарубежной науке вопросам обезвреживания сточных вод обозначенных производств уделяется большое внимание.
Достигнутые результаты показали, что единственным рациональным решением проблемы является создание замкнутых систем водоснабжения (ЗСВ), которые, став неотъемлемой, составной частью основного производства, смогут максимально обеспечить ресурсосбережение отрасли.
На сегодняшний день, и, прежде всего, по экономическим причинам, такую задачу сложно решить. По мнению ученых, целесообразнее, на данном этапе создавать локальные ЗСВ, которые в дальнейшем можно будет совершенствовать, модернизировать. В представленной работе исследуется обозначенная проблема, при очистке сточных вод отработанных СОЖ и гальванопроизводства, что доказывает ее актуальность.
Работа проводилась в соответствии с комплексной Федеральной целевой программой «Экология и природные ресурсы России» (2002 – 2010 г.г.), Федеральной программой «Чистая вода», Федеральной национальной программой «Вода России XXI века», Федеральной Водной стратегией до 2020 года и тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета и Волгоградского государственного технического университета.
Цель работы – разработка ресурсосберегающей технологии очистки гальваностоков, отработанных СОЖ, с последующей реализацией локальной ЗСВ.
Поставленная цель предопределила постановку следующих задач:
– анализ и обобщение научных исследований, производственных достижений в России и за рубежом в области ресурсосбережения гальванопроизводства, металлообработки в машиностроительной отрасли;
– исследование, выявление причины, мешающей достигать требуемой эффективности гальваностоков;
– теоретически и экспериментально определить условия формирования загрязнителей в сточных водах предприятий машиностроения (ПМ) и далее выявить параметры, позволяющие разработать способы переработки отработанных СОЖ, очистки гальваностоков и переработки шлама;
– разработать ресурсосберегающую технологию очистки сточных вод гальванопроизводства и реализовать локальную ЗСВ.
Основная идея работы состоит в снижении водопотребления на машиностроительных предприятиях за счет внедрения замкнутой системы водоснабжения, на основе разработанной технологии.
Методы исследования. В работе для решения конкретных задач проводились теоретические и экспериментальные исследования с модельными растворами и реальными на лабораторных, пилотных и промышленных установках. Использован комплекс стандартных физико-химических методов исследования: масс-спектроскопия, жидкостная хроматография, фотоколориметрия.
Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что их получение основано на проведении экспериментов в лабораторных, производственных условиях с использованием современных, стандартных методик на приборах, оборудовании, обеспечивающих требуемую точность и надежность.
Результаты, полученные при промышленном внедрении, соответствует результатам, полученным в лаборатории.
Научная новизна:
– впервые, на основании результатов исследования химического, структурного состава, физико-химических свойств водных растворов гальваностоков установлено: реагентным методом очистки могут быть достигнуты нормативные значения концентраций ионов тяжелых металлов, так как 75 – 80 % их не участвует в осаждении; они входят в состав комплексных ионов, прочность которых обеспечивается тремя устойчивыми фонами рассматриваемой водной среды – катионным, анионным, органическим;
– обосновано и экспериментально подтверждено отрицательное влияние процессов комплексообразования на глубину очистки гальваностоков методами, техническая суть которых обусловлена структурой, размерами, величиной заряда частиц – загрязнителей (электрохимические, мембранные, коагуляция);
– впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность переработки отработанных СОЖ на основе экстракции, дальнейшее рекуперирование «работающих» функциональных компонентов; использование «балластных» компонентов в технологическом цикле;
– впервые, экспериментальными исследованиями доказана целесообразность обезвреживания ионов хрома (VI) «балластными» компонентами СОЖ;
– исследованы, определены оптимальные условия реакции восстановления хрома (VI) до ионов хрома (III);
– результаты экспериментальных исследований положены в основу разработки ресурсосберегающей технологии.
Практическое значение работы:
Разработаны: способ переработки отработанных СОЖ и способ обезвреживания ионов хрома (VI) и утилизации гальвано-концентрата.
Разработана ресурсосберегающая технология очистки сточных вод ПМ, состоящая из трех самостоятельных блоков, которые могут эксплуатироваться отдельно и в комплексе, в составе локальной замкнутой системы водоснабжения.
I Блок переработки отработанных СОЖ (для цеха металлообработки):
– полностью исключается выброс составляющих компонентов в качестве отходов;
–компоненты используются повторно для приготовления новой СОЖ или для переработки загрязнителей гальваностоков (экстрагированное индустриальное масло ИД-20 отвечает требованиям ТУ).
II Блок очистки гальваностоков для цеха гальванопокрытий (на основе процесса выпаривания) с использованием в качестве греющего агента:
– первичного пара;
– вторичного пара, если на предприятии есть литейный цех;
–«сокового пара» (Блок III).
III Блок обезвреживания и утилизации (получения продукта) из компонентов гальваностоков.
Использование разработанной технологии позволяет:
– на 78 % уменьшить объемы водопотребления основного производства;
– использовать вторичный пар; тепло реакции блока II – обезвреживание хрома (VI) – «соковый пар»;
– предотвратить загрязнение окружающей среды токсичными компонентами, содержащимися в гальваностоках, переработав их в дополнительный сырьевой источник для строительной индустрии;
– сократить площади под очистные сооружения;
– сократить трудо-, металло-, реагентные затраты;
– исключить полностью технологические отходы при очистке сточных вод гальванопроизводства и сброс воды в водоемы.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы кафедрой «Водоснабжение и водоотведение» ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение», 280202 «Инженерная защита окружающей среды», как пример технологии совместной очистки сточных вод, утилизации и рекуперации отходов машиностроительных предприятий. Разработаны рекомендации для внедрения на предприятиях машиностроительной отрасли.
Полученные результаты применены при разработке проектной документации для строительства новых и реконструкции действующих очистных сооружений ПМ (Положительное решение № 124 от 15.09.2010г. ООО «Академгазпроект»); апробирована в производстве, внедрена отдельными блоками (в силу поэтапной реконструкции предприятия) ресурсосберегающая технология очистки сточных вод машиностроительных предприятий. Общий экономический эффект составил сумму 1,1 млн. руб. (акты прилагаются).
На защиту выносятся:
– результаты исследований, доказывающих протекание процесса комплексообразования в гальваностоках и его отрицательное влияние на процесс очистки;
– рекомендации к выбору метода очистки гальваностоков;
– способ переработки отработанных СОЖ;
– способ обезвреживания ионов Cr+6, переработки компонентов сточных вод гальванопроизводства;
– результаты изучения химического состава, свойств продукта переработки гальваноотходов, определившие далее его область применения;
– технологическая схема очистки сточных вод ПМ, позволяющая снижать ресурсные затраты, и, прежде всего, водопотребление.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на региональных межвузовских научно-практических конференциях «Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области» (Волгоград 2007, 2008г.г.), на VIII Всероссийской выставке научно–технического творчества молодежи (Москва, ВВЦ, 2008 г.), на «Научно–практической студенческой конференции» (Волгоград 2008, 2009г.г.), на Международной научно–практической конференции «Инновационные организационно–технологические ресурсы для развития строительства доступного и комфортного жилья в Волгоградской области» (г. Волгоград 2008г.), на международной конференции «Нанотехнологии - производству 2010» (г. Москва 2010г.), на Конгрессе «Строительная наука, техника и технологии: перспективы и пути развития» (г. Москва 2010г.), отмечена Грантом Волгоградской области «Исследование и разработка новых перспективных материалов и технологий наноуровня. Лот № 5. Использование нанотехнологических процессов в проблеме повышения качества питьевой воды и очистки сточных вод» (г. Волгоград 2009г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 коллективная монография, положительное заключение на получение патента.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка используемой литературы, приложения. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 27 таблиц, 34 рисунка, список литературы из 148 наименований.
