Введение к работе
Актуальность исследования. В последние годы человечество переживает углеводородную эру. Нефтяная отрасль является главной для мировой экономики. Нефть и нефтепродукты (НП) являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Большие массы нефти поступают в море по рекам с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этих источников составляет 12 млн. т/год, со стоками промышленности 10,5 млн. т/год.
В связи с резким увеличением количества автомобилей в нашей стране и в мире в целом, автотранспорт превратился в один из наиболее серьезных источников загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами.
В настоящее время высококонцентрированные по органическим соединениям сточные воды автомобильно-ремонтных предприятий (АРП) либо совсем не имеют очистных сооружений, либо очистка проводится недостаточно эффективно. Они характеризуются высокими значениями ХПК, БПК, содержат НП, масла, взвешенные вещества и продукты коррозии металлов. Количественный и качественный состав загрязнений широко варьируется в зависимости от времени года, технического состояния автомобилей, типа автомобилей и других условий. Сточные воды, содержащие трудноокисляемые растворенные и эмульгированные углеводороды, приводят к образованию пленки на поверхности водоемов. Содержание в сточных водах даже небольших концентраций таких углеводородов препятствует нормальной работе биологических очистных сооружений.
Поэтому, несмотря на значительное количество описанных в литературе разнообразных физико-химичеcких способов очистки СВ, разработка высокоэффективных и недорогих способов очистки СВ от НП с использованием отходов местной промышленности является актуальной.
Целью работы является разработка способа очистки СВ от НП с использованием дефеката – отхода сахарной промышленности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- Получение термически модифицированного дефеката (ТД), обладающего свойствами сорбента;
- Изучение физико-химических свойств ТД с целью использования его в водоочистке;
- Исследование кинетических и сорбционных характеристик процесса очистки модельных сточных вод с помощью ТД;
- Разработка рациональных условий процесса водоочистки и схемы
технологического процесса очистки СВ;
- Оценка возможности утилизации осадков водоочистки.
Объект и предмет исследования Объектом исследования являются технологии, обеспечивающие защиту окружающей среды. Предметом исследования являются физико-химические процессы, происходящие при модификации фильтрационного осадка производства сахарной свеклы и очистке полученным материалом сточных вод, содержащих нефтепродукты.
Область исследования по паспорту специальности 03.00.16. – Экология: п.5. Прикладная экология – разработка принципов и практических мер, направленных на охрану живой природы, как на видовом, так и экосистемном уровне; разработка принципов создания искусственных экосистем (агроэкосистемы, объекты аквакультуры и т.п.) и управления их функционированием.
Идея работы заключается в том, что снижение уровня загрязнения окружающей среды достигается путем разобработанного способа модификации отходов сахарной промышленности с целью использования его для очистки нефтесодержащих сточных вод.
Методы исследований Обобщение литературных источников, данных теории и практики; математическое моделирование с планированием эксперимента и обработкой результатов; технико-экономический анализ. Статистическая обработка экспериментальных данных проведена с использованием программных систем Statistica 6.0 и MathCAD.
Экспериментальные исследования проводились с использованием физико-химических методов (рентгенофазовый, атомно-адсорбционный, спектрофотометрический, гравиметрический, дериватографический, микроскопический, электрокинетический, седиментационный) и методик (определение химического состава минералов и СВ; насыпной и истинной плотности; рН водной вытяжки; пористости и сорбционной емкости сорбента и др.), позволивших наиболее полно исследовать основные физико-химические свойства и сорбционную способность полученного србента и состав сточных вод.
Научная новизна :
1. Разработан способ получения эффективного сорбента на основе твердого отхода сахарной промышленности - дефеката, заключающийся в обжиге исходного дефеката при 580-600 С в течение 30 мин при недостатке кислорода, что приводит к обугливанию остатков органических веществ и образованию карбонизованного слоя на поверхности частиц СаСО3;
2. Доказана возможность использования ТД для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты;
3. Исследован механизм взаимодействия ТД с нефтепродуктами, заключающийся в гидрофобном и сорбционном взаимодействии, эффективность очистки при этом достигает 96%;
4. Получено уравнение регрессии, адекватно описывающее зависимость эффективности очистки сточных вод от технологических факторов;
5. Впервые выявлена возможность утилизации шлама водоочистки в качестве карбонатной добавки при производстве цементного клинкера, при этом качество цемента соответствует требованиям качества для данной продукции.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Способ термической модификации дефеката для использования его в очистке сточных вод от нефтепродуктов;
2. Обоснование механизма и сорбционные особенности процесса водоочистки при использовании ТД;
3. Технические решения по снижению загрязнения водных объектов путем повышения эффективности очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты;
4. Результаты исследований по утилизации осадка водоочистки в качестве карбонатной добавки при производстве цементного клинкера.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректной постановкой задач и обоснованным выбором методов исследования, в частности, методов математического моделирования процессов и статистической обработки экспериментальных данных. Часть полученных в данной работе результатов анализировалась и сопоставлялась с известными экспериментальными данными других исследователей.
Практическая ценность Разработан способ получения дешевого эффективного сорбента для очистки маслосодержащих сточных вод; разработан способ очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты; предложена технологическая схема очистки сточных вод АРП с использованием ТД. Предложен способ утилизации осадков водоочистки в качестве карбонатной добавки при производстве цементного клинкера. Предлагаемый способ очистки апробирован и принят к внедрению на ОАО «Ника», ОАО «Волоконовский МКК», МУП «Горводоканал», г. Алексеевка.
Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке специалистов направления 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и 280202. «Инженерная защита окружающей среды».
Апробация работы Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: Международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (8 июня 2007 г. г. Щелкино АР Крым); международной научно-практической конференции. «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» - Белгород, 2007; международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (2-6 июня 2008 г. г. Щелкино АР Крым);.
Публикации: основные положения работы изложены в 12 публикациях, в том числе в 1 статье научного журналов по списку ВАК России.
Структура диссертации Работа состоит из введения, ….. глав и заключения, содержит список литературы из ……. наименований. Текст изложен на …….. страницах, иллюстрирован ……..рисунками и включает ……… таблицы.
