Введение к работе
Актуальность темы. Проблема очистки сточных вод (СВ), образующихся в крупнотоннажных химических производствах в том числе и целлюлозно-бумажных, является актуальной, в связи с их многокомнонентным составом: начиная с гемицеллюлоз и лигнина, заканчивая низкомолекулярными кислотами, кетонами и другими соединениями.
В результате поступления в водоем указанных СВ снижается прозрачность воды, изменяется ее цвет, появляется специфический неприятный запах и привкус, увеличивается содержание взвешенных веществ, сухого и плотного остатка, сульфатов и хлоридов, возрастает окисляемость, БПК, уменьшается содержание растворенного кислорода.
Для снижения негативного влияния на окружающую природную среду шиpoко применяются окислительные мeтоды oчистки СВ химических произвoдств. Это обусловлено, более полными превращениями слoжных органических веществ под воздействием окислитeлей с образованием простых соединений, легко усваиваемых микроорганизмами в ходе биологической очистки или в процессах самоoчищения водоемов.
Окислительные методы применяют для очистки промышленных стоков, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые необходимо извлекать из СВ до биологических очистных сооружений (БОС). С позиций занимаемых площадей и места в технологии данные методы применяются в локальных установках в сочетании с дальнейшей биологической или глубокой доочисткой СВ.
Такие виды СВ встречаются в машинoстроительной (цехи гальванических покрытий), горнодобывающей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.
Для окисления органических соединений, содержащихся в СВ химических предприятий наиболее оправдано использование таких реагентов, как пероксид водорода, кислород, озон, так же к способу очистки от данного вида загрязняющих веществ можно отнести окисление в сверхкритических условиях (СКУ). Под СКУ подразумевается такое состояние воды, при котором исчезает различие между и фазой (Ткр = 374 С, ркр = 22 МПа). Свойства вещества в сверхкритическом состоянии промежуточные между его свойствами в газовой и жидкой фазе.
Использование окислительных методов в связи с ужесточением требований природoохранных органов становится все более оправданными с экологической точки зрения, в виду образования простых и менее токсичных соединений.
Выражаю благодарность проф. Гумерову Ф.М. и доц. Усманову Р.А за предоставленную возможность использования установки СКВО и консультацию.
Цель работы Исследование возможности использования окислительных методов для очистки СВ химических, в том числе и целлюлозно-бумажных, производств, и минимизации отрицательного воздействия их на окружающую природную среду.
Основные задачи исследования
- исследование возможности применения окислительных методов очистки СВ на примере целлюлозно-бумажного производства с целью достижения значений ХПК, требуемых для поступления вод на БОС;
- определение наиболее эффективного метода для очистки СВ производств, содержащих трудноокисляемые органические вещества;
- исследование активных окислителей в процессе очистки СВ в СКУ;
- разработка принципиального технического решения для очистки водных стоков.
Научная новизна. Выявлено, что использование традиционных окислительных способов не оказывает значительного влияния на степень очистки СВ и не приводят к значениям ХПК и рН, необходимым для дальнейшей обработки на БОС.
Показано, что эффективность процесса очистки СВ исследуемого производства можно повысить при последовательном использовании коагуляции и флокуляции на первом этапе и окисления в СКУ на втором.
Практическая значимость работы
Исследована возможность применения «традиционных» окислительных систем (кислород воздуха, озоно-воздушная смесь, реактив Фентона) для очистки ранее не исследованных водных стоков.
Исследован метод сверхкритического водного окисления (СКВО) для очистки СВ, содержащих трудноокисляемые органические соединения. Рассмотрена возможность использования в качестве окисляющих агентов: пероксида водорода, диоксида марганца и хлората калия.
На основании экспериментальных данных выбран окислитель и его оптимальная концентрация, позволяющая максимально уменьшить показатели ХПК и рН.
Рассмотренный метод СКВО является эффективным для процесса очистки СВ, содержащих трудноокисляемые органические соединения, образующихся в химической промышленности. Использование данного метода не требует предварительной нейтрализации стока, время окисления органических примесей сокращается до 10 минут; процесс способствует осаждению солей, в результате образуется нерастворимый осадок, что в дальнейшем позволит регенерировать его.
В рамках научно-исследовательской работы проведены испытания пилотной установки сверхкритического водного окисления для очистки СВ до показателей ХПК и рН, требуемых для БОС.
Личный вклад автора. Проведение анализа, методов очистки СВ, содержащих трудноокисляемые соединения, экспериментальные исследований и обобщение полученных результатов. Разработка принципиальной схемы очистки СВ, написание статей и других материалов по результатам исследований.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
Всероссийской очно-заочной научно-практической конференции аспирантов, студентов и учащихся «Формирование исследовательских компетенций у студентов профессиональной школы как фактор экологической безопасности окружающей среды» (г. Казань, 27 апреля 2012 года), IV Всероссийской конференции по химической технологии «Экологические проблемы химической технологии и смежных областей» (Москва, 18–23 марта 2012 г.), Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (г. Казань, 12-13 сентября 2012 года), Межрегиональной научно-практической конференции «IV Камские чтения» (г. Набережные челны, 27 апреля 2012 г).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных трудах, 3 из которых в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных к изданию ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, 3-х глав, выводов и списка использованной литературы. Материал диссертационной работы изложен на 116 страницах, содержит 34 рисунков, 11 таблицы, библиографический список включает 165 наименования.
Во введении обоснована актуальность представляемой работы, сформулирована цель, изложены научная новизна, практическая значимость работы.
В первой главе приведен литературный обзор по применяемым в промышленности окислительным методам очистки СВ химических производств.
Во второй главе представлены методы исследования, техника и условия проведения экспериментов, способы определения физико-химического состава стоков (титриметрический, потенциометрический, фотоколориметрический, хромато-масс-спектрометрический методы)
В третьей главе приведены данные анализа по составу СВ, обсуждению результатов экспериментов на основе проведенных исследований по окислению реальных СВ производств органического синтеза с использованием окислительных методов.
В четвертой главе приведен расчет предотвращенного ущерба от внедрения технологии СКВО для очистки вод от трудноокисляемых органических соединений.
