Введение к работе
Актуальность Имеющийся в Республики Татарстан потенциал мощности предприятий химических и нефтехимических отраслей промышленности требует значительных мощностей по производству химически подготовленной воды. Шламовые стоки, образующиеся на стадии предварительной подготовки воды установок химводоочистки (ХВО) цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств приводят к значительным скоплениям обезвоженного шлама на шламонакопителях.
Основные объемы образования шламов водоподготовки сконцентрировались в Нижнекамском промышленном узле, что обусловлено производственными потребностями предприятий ОАО «Нижнекамскнефтехим», «Комплекс нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов» ОАО «ТАНЕКО», ОАО «ТАИФ-НК». Объектами образования шламов в Нижнекамском промышленном узле являются установки ХВО цехов водоподготовки Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ» и дочерней компании ОАО «Татнефть». Объем накопленного шлама на шламонакопителях за период эксплуатации данных цехов водоподготовки с 1967 года составляет свыше 200 000 тонн. Ежегодное образование свыше 1000 тонн шлама и его накопление также наблюдаются в результате эксплуатации цеха водоподготовки Казанского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», что определяется потребностями ОАО «Казаньоргсинтез».
Шламонакопители, используемые для долгосрочного накопления шлама цехов водоподготовки, являются источником загрязнения окружающей среды, негативное воздействие которых выражается фильтрацией суспензий в почву и грунтовые воды, а также вторичным выносом пыли с поверхности шламонакопителя. Применяемые в настоящее время технологии обезвоживания и долгосрочного хранения шлама требует постоянного отвода, отчуждения значительных площадей земельных участков и их последующего полного загрязнения без возможности дальнейшей эксплуатации данной территории.
В связи с этим очевидно, что разработка технологии возможного сокращения объема накопления шлама цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств является актуальной экологической задачей Нижнекамского промышленного узла и Республики Татарстан.
Целью данной работы являлась разработка технологии рекуперации шламов установок ХВО при производстве сухих строительных смесей (ССС), позволяющей решить проблему накопления данных отходов, образующихся в процессе эксплуатации цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств, в том числе ранее размещенных в шламонакопителях для долгосрочного хранения.
Для достижения поставленной цели требовалось решение следующих задач:
-
Выполнить мониторинг образования шлама на установках ХВО цехов водоподготовки Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК- 16» ОАО «ТАИФ», цеха водоподготовки дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск, Казанской ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2.
-
Оценить размеры экологического ущерба, наносимого окружающей среде при текущей технологии долгосрочного накопления шламов предочистки на шламонакопителях.
-
Определить качественный физико-химический состав образующихся шламов предочистки на установках ХВО цехов водоподготовки химических и нефтехимических производств.
-
Определить влияние рекуперации шлама предочистки воды на физико-технические свойства строительного гипса в зависимости от степени подготовки шлама и его концентрации в составе гипсового вяжущего.
-
Разработать эффективный способ рекуперации шлама предочистки при производстве сухой строительной смеси на базе композиционного гипсового вяжущего (КГВ).
-
Произвести оптимизацию состава и свойств КГВ, модифицированного наполнителем из шлама предочистки.
-
Определить эколого-экономический эффект от реализации исследуемого способа применения шлама предочистки.
Научная новизна работы:
Впервые разработан способ рекуперации шлама, образующегося на стадии предварительной подготовки воды в цехах водоподготовки химических и нефтехимических предприятий, в качестве наполнителя для изготовления ССС;
Разработано математическое описание зависимостей физико- технических свойств полученного композиционного гипсового вяжущего от количества введенного рекуперируемого шлама и степени его помола;
Выполнена оптимизация дисперсного состава и соотношения компонентов при наполнении гипсового вяжущего шламом водоподготовки;
Исследовано влияние суперпластификаторов на изменение свойств КГВ и определено, что наилучшие свойства получены при использовании добавки «С-3» в количестве 0,5%;
Получены два патента №2263641 и №2290373 на разработанные способы получения гипсового вяжущего при рекуперации исследуемого шлама водоподготовки химических и нефтехимических предприятий.
Практическая значимость работы:
На примере шламов Казанского и Нижнекамского филиала ОАО «ТГК-16» ОАО «ТАИФ», дочернего предприятия ОАО «Татнефть» (г. Нижнекамск) разработана технология рекуперации шлама цехов водоподготовки в качестве наполнителя гипсовых вяжущих материалов, обеспечивающая минимизацию воздействия химических и нефтехимических отраслей промышленности на окружающую среду;
Проведены промышленные испытания, с положительным результатом использования разработанного способа применения шлама цехов водоподготовки при производстве ССС, оформлены акты с участием аккредитованной строительной лаборатории;
Показано, что при реализации разработанной технологии рекуперации шлама водоподготовки расчетный предотвращенный экологический ущерб от сокращения площади шламонакопителя на примере дочернего предприятия ОАО «Татнефть» в г. Нижнекамск составляет более 100 млн. рублей.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением стандартных экспериментальных методик и метрологическими характеристиками поверенных измерительных приборов, а также оценкой погрешности экспериментальных данных и их удовлетворительным совпадением с результатами промышленных испытаний.
Личный вклад автора заключается в постановке задач, выборе и обосновании методик экспериментов и их непосредственном выполнении; в анализе и обобщении полученных результатов исследования; в разработке возможных вариантов рекуперации шламов предочистки в зависимости от аппаратного оснащения технологического процесса, написании статей по тематике диссертационной работы.
Апробация работы:
Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на 54, 55-й Республиканской научной конференции КГАСА (2003 г., 2004 г.), г. Казань; на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященном 150-летию В.Г. Шухова (2003 г.), г. Белгород; на Международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (2005 г.), г. Белгород; на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (2005 г.), г. Пенза;
на V Всероссийской научно-технической конференции «Экология и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» (2005 г.), г. Пенза; на III Всероссийской научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (2008 г.), г. Казань; на XV Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (2008 г.), г. Пенза; на Международной научно-практической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (2008 г.), г. Пенза; на ХІІ Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (2009 г.), г. Пенза; на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств и пути их решения» (2012 г.), г. Нижнекамск.
Публикации:
Основное содержание диссертационной работы отражено в 18 публикациях, в том числе в 5 статьях, опубликованных в научных изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ, а также в материалах научных конференций, кроме того, получено 2 патента на изобретение.
Структура и объем работы:
