Ресурсосберегающая технология обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства

Актуальность темы

Титан и магний являются важнейшими конструкционными металлическими материалами, их производство совмещается в две параллельные и взаимосвязанные технологические линии.

Технология производства титана и магния, а также процессы удаления образующихся твердых отходов и обезвреживания газовых выбросов, связаны с потреблением значительного количества воды. При производстве магния и сплавов на его основе образуется около 4,5 м сточной воды на тонну продукции, в производстве титана — 20,5 м /т продукции.

Сточные воды производства формируются в результате абсорбционной очистки газовых выбросов, содержащих хлор и его соединения, и гидроразмыва шламов установок хлорирования титанового сырья, характеризующихся высоким содержанием хлоридов металлов (Са, К, N3, Бе, Т1, Мп, Сг, Си, Ъп).

Традиционно обезвреживание образующихся стоков производят путем смешения потоков, их усреднения и нейтрализации кальцийсодержащими реагентами с последующей флокуляцией образовавшихся взвесей, осаждением осадка, его сгущением или обезвоживанием. Существующие технологии очистки сточных вод не обеспечивают требований, предъявляемых к качеству очищенной воды по содержанию ионов тяжелых металлов, взвешенным веществам, минеральным примесям (хлоридам кальция, магния, сульфатам), что не позволяет сбрасывать их в открытый водоем без дополнительной обработки или разбавления.

Для решения этой проблемы часто используются искусственные гидротехнические сооружения — промышленные каналы, в которых происходят процессы смешения, разбавления и дополнительной очистки в результате изменения рН среды. Однако, как правило, и в этом случае не возможно добиться требуемого качества очистки и высокоминерализованные стоки поступают в поверхностные водоемы.

Особенностью сточных вод титаномагниевого производства является содержание в них ионов металлов различной природы (щелочных, щелочноземельных, ё-элементов, в том числе обладающих амфотерными свойствами). Степень их обезвреживания и качество очищенных вод при реагентной обработке будет зависеть от рН осаждения, растворимости гидроксидов, возможности образования гидроксокомплексов и др., поэтому оптимизация условий реагентной обработки сточных вод позволит повысить эффективность обезвреживания.

Высокое содержание взвешенных веществ в очищенной воде часто обусловлено проведением процесса флокуляции взвесей в неоптимальном режиме, а также использованием малоэффективных методов сгущения и обезвоживания осадка, например, гравитационных с возвратом, образующейся при сгущении воды на очистные сооружения.

В условиях ужесточения требований к качеству сбрасываемых сточных вод, при высоком солесодержании актуальна разработка способов их деминерализации с последующим возвратом в производственный цикл.

Снижение экологической нагрузки титаномагниевого производства на объекты гидросферы является актуальной экологической и технологической проблемой, требующей решения.

Целью работы: разработка ресурсосберегающей технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства, обеспечивающей минимизацию их негативного воздействия на водные объекты.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести комплексный эколого-технологический анализ условий формирования и технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства.

2. Провести теоретическое и экспериментальное обоснование технологических параметров глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов реагентным методом.

3. Разработать технические решения по снижению содержания взвешенных веществ в сточных водах и уменьшению объема образующегося осадка и установить оптимальные параметры проведения процессов обезвреживания сточных вод.

4. Исследовать возможность применения мембранных методов для доочистки осветленных вод от минеральных примесей с получением жидких противогололедных материалов и изучить их эксплуатационные свойства.

5. Провести технико-экономический и экологический анализ разработанной ресурсосберегающей технологии обезвреживания сточных вод титаномагниевого производства:

Объект исследования. Сточные воды и осадок сточных вод титаномагниевого производства на примере предприятия АВИСМА филиала ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» г. Березники Пермского края (АВИСМА).

Предмет исследования. Анализ воздействия сточных вод титаномагниевого производства на окружающую средувлияние величины рН и дозы флокулянта на качество и глубину очистки сточных водзакономерности мембранной очистки сточных вод с получением товарных продуктов.

Научная новизна:

• Определены закономерности реагентной обработки сточных вод титаномагниевого производства и установлено, что проведение процесса при рН 10−10,5 обеспечивает глубокую очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов.

• Обоснована замена гравитационного метода сгущения и обезвоживания осадка сточных вод центрифугированием, определены зависимости остаточной влажности и структуры осадка сточных вод от дозы флокулянта «Праестол 2510» и оптимальные условия проведения процесса, обеспечивающие снижение объемов осадков сточных вод на 3040%.

• Установлена возможность использования концентрированного раствора, образующегося при деминерализации осветленных сточных вод в качестве противогололедного материала. На основе концентрата разработаны составы жидких противогололедных материалов, применение которых возможно в температурном диапазоне от 0 °C до -20 °С.

Практическая значимость:

Разработаны технические решения и технология по обезвреживанию сточных вод титаномагниевого производства, позволяющие снизить содержание в очищенной воде взвешенных веществ (до 50−150 мг/дм3), ионов.

О л тяжелых металлов (Cr (III) до 0,075 мг/дм, Мп (общ.) до 0,154 мг/дм, Fe (o6i4.) до 0,420 мг/дм) и минеральных солей (до 315 мг/дм по хлорид-ионам). Разработана технология доочистки осветленных сточных вод мембранными методами с получением товарных продуктов и возвратом очищенной воды в технологический цикл предприятия. Проведен технико-экономический анализ разработанной технологии и определен предотвращенный экологический ущерб — 17 073,2 тыс. руб. Результаты исследований используются в учебном процессе подготовки специалистов по направлению 280 200.62 «Защита окружающей среды» в курсах лекций по дисциплинам «Экология», «Физико-химические методы защиты биосферы».

Достоверность результатов исследований подтверждается применением классических методов исследования, принятых в аналитической и физической химии, сопоставимостью результатов теоретических, лабораторных и опытно-промышленных исследований, применением статистических методов обработки экспериментальных данных с помощью ЭВМ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• Результатами комплексного эколого-технологического анализа установлено, что основным фактором негативного воздействия титаномагниевого производства на окружающую среду являются сточные воды, характеризующиеся высоким содержанием хлоридов металлов различной природы.

• Установленные оптимальные параметры реагентной очистки и осветления сточных вод позволяют повысить эффективность очистки на 3099% по металлам в зависимости от природы металла.

• Процесс центрифугирования осадка сточных вод в присутствии л флокулянта марки «Праестол 2510» в дозе 0,2 г/дм обеспечивает снижение влажности осадка с 85−87% до 60−65%, объема — до 40% (об.), при этом, остаточная концентрация взвешенных веществ в фугате составляет не более 50−150 мг/дм3.

• Мембранная очистка осветленных сточных вод от минеральных примесей обеспечивает получение пермеата, вторично используемого для технологических целей и концентрата, применяемого в качестве жидкого противогололедного материала, бурового раствора и/или раствора глушения добывающих скважин при нефтедобыче.

• Разработанная ресурсосберегающая технология очистки сточных вод позволяет минимизировать негативное воздействие титаномагниевого производства на поверхностные водные объекты, получить товарные продукты, сократить водопотребление (на 1,5 млн. м /год) за счет получения воды, пригодной для повторного использования в технологических процессах предприятия.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно — технической конференции «Автотранспортный комплекс — проблемы и перспективы, экологическая безопасность» (26−27 апреля 2007 г), на VI и VII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научнотехнический прогресс» (г. Пермь 15−16 ноября 2007 г и 25−26 ноября 2008 г), на Международном конгрессе по водоотведению и очистке стоков «Вода: экология и технология» (3−6 июня 2008 г), на Международной научно-технической конференции к 30-летию автодорожного факультета ПГТУ «Состояние и перспективы транспорта. Обеспечение безопасности дорожного движения» (16−17 апреля 2009 г).

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список литературы из 183 источников. Текст изложен на 162 страницах, иллюстрирован 21 рисунками и включает 45 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Эколого-технологический анализ титаномагниевого производства показал, что основное негативное воздействие на объекты окружающей среды оказывают сточные воды, характеризующиеся высокой минерализацией (до 33 г/дм по сухому веществу), содержанием ионов тяжелых токсичных металлов (Т1 (IV), Мп (II), Сг (III), Ъп (II)) .

2. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований зависимости растворимости гидроксидов тяжелых металлов от рН разработана двух схема нейтрализации: при рН 10−10,5 с последующим корректировкой рН до 7,5−8,5. Определены оптимальные условия проведения процесса осветления нейтрализованных СВ: применение флокулянтов марок «Праестол 2510» и «Аккофлок, А 97» с о анионной активностью в дозе 2,5 мг/дм стоков.

3. В лабораторных и опытно-промышленных условиях установлены оптимальная доза флокулянта «Праестол 2510» (0,2г/дм3 суспензии), обеспечивающая получение твердого структурированного продукта с влажностью 60−65% и фугата с низким содержанием взвешенных веществ о.

50−150 мг/дм). Замена гравитационного способа обезвоживания осадка на механический позволяет на 30−40% уменьшить его объем и сократить поступление взвешенных веществ в осветленный поток сточных вод.

4. Установлена возможность применения для доочистки осветленных сточных вод от минеральных примесей мембранных методов с использованием композитных обратноосмотических мембран Т" /У30−1812−50 с получением пермеата, вторично используемого в технологических процессах, и концентрата, представляющего собой высококонцентрированный раствор хлоридов, основным компонентом которого является хлорид кальция.

5. Разработаны составы ЖПГМ на основе концентрата и шлама карналлитовых хлораторов и на основе концентрата и хлорида магния характеризующиеся низкими температурами замерзания (от -15 до -26°С) — высокой плавящей способностью (до 9 кг/кг) — оптимальной вязкостью (0,2 -0,4 Па-с) — низкой коррозионной активностью (0,068−0,031 г/м2-ч) 6. Разработаны технологические решения, обеспечивающие снижение негативного воздействия СВ титаномагниевого производства на объекты окружающей среды, позволяющие сократить водопотребление в результате возврата воды в производственный цикл и получить товарные продукты в процессе обезвреживания сточных вод. Суммарный предотвращенный экологический ущерб составит — 17 073,2 тыс. руб./год.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ.

1. Постановление Правительства РФ № 344 от 12 июня 2003 г. «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления».

2. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий./ Е. В. Маркова Е.В., Ю. В Грановский. — М.: «Наука», 1976 — 269 с.

3. Авторское свидетельство СССР № 482 488, кл. С09КЗ/18 1976 г. Препарат для удаления снежно-ледяных покровов/Я.И. Вайсман, В. А. Костылев, Ю. А. Поляков и др.- заявл. 24.11.87, опубл. 30.04.90 Бюл.№ 16.

4. Авторское свидетельство СССР N 138 058, кл. С 22 В 7/00, 1961 г. Способ переработки твердых отходов титаномагниевого производства/ М. В. Федорова, М. А. Эйденсон, С. Н. Холмогоровзаявл. 01.09.1960, опубл. 01.01.1961 Бюл. № 9.

5. Авторское свидетельство СССР N 168 886, кл. С 22 В 7/00, 1965 г. Способ переработки отходов титаномагниевого производства/ М. А. Эйденхон, С. Н. Холмогоров, М. В. Федоровазаявл. 25.07.1963, опубл. 26.11.1965. Бюл. № 5.

6. Амиров Я. С. Технико-экономические аспекты промышленной экологии: учебное пособие / Я. С. Амиров, Н. Р. Сайфуллин, Р. Н. ГимаевУфимский государственный нефтяной технический университет .— Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. 42: Защита водоемов. — 1995 г. — 263 с.

7. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ./ под ред. Р. Кельнера, Ж-М. Мерме, М. Отте, М. Видмера. — М.: «Мир»: ООО «Издательство ACT», 2004. — Т1. — 608 с.

8. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ./ под ред. Р. Кельнера, Ж-М. Мерме, М. Отте, М. Видмера. — М.: «Мир»: ООО «Издательство ACT», 2004. — Т2. — 609 с.

9. Аналитическая химия. Химические методы анализа./ под. ред. О. М. Петрухина. — М.: «Химия», 1992 г. — 400 с.

10.Аннотация по теме НИР: «Исследование возможности использования уловно осветленных стоков сооружений для приготовления известкового молока». — АВИСМА — 21.02.2008 г.

П.Афанасьев И. А. Зимнее содержание улиц и дорог населенных мест Западного Урала: учебное пособие для вузов / И. А. Афанасьев, A.B. Эдельман, Л.И. АфанасьеваПермский государственный технический университет .— 2-е изд., доп .— Пермь: Изд-во ПГТУ, 2006 .— 73 с.

12. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов./А. Аширов. — Л.: «Химия», 1983 г. — 295 с.

13.Бартова Л. В. Водоотведение и очистка сточных вод. Водоотводящие сети: учебно-методическое пособие / Л. В. Бартова — Пермский государственный технический университет .— Пермь: Изд-во ПГТУ, 2007 .— 168 с. М. Бобович Б. Б., Девяткин В. В. Переработка отходов производства и потребления: Справочное издание /Бобович Б.Б., Девяткин В.В.- под. ред. докт. техн. наук, проф. Б. Б. Бобовича. — М.: «Интермет Инжиниринг», 2000 — 496 с.

15.Бобылев С. Н. Экономика природопользования: учебное пособие/ С. Н. Бобылев, А. Ш. Ходжаев М.: ТЕИС, 1997 — 272 с.

16.Булатов А. И., Справочник инженера-эколога нефтедобывающей промышленности по методам анализа загрязнений окружающей среды./ А. И. Булатов, П. П. Макаренко, В. Ю. Шеметов. — М: ООО «Недрабизнесцентр», 1999;42. Почва-634 с.

17.Булатов А. И. Буровые промывочные и тампонажные растворы: учеб пособие для вузов/А.И. Булатов, П. П. Макаренко, Ю. М. Проселков. — М.: Недра, 1999 — 424 с.

18.Вайсман Я. И. Физико-химические методы защиты биосферы: очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов/Я.И. Вайсман, И. С. Глушанкова, Л. В. Рудакова, Н. Ф. Абрамов. — Пермь, 2005 — 195 с.

19.Величко Л. Н. Переработка бедных технологических растворов сточных вод, содержащих ионы цветных и редких металлов/ Л. Н. Величко, С.Г. Рубановская// Экология и промышленность России. — 2007 — № 8 — с.38−41.

20.Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба., 1991 г.

21.Временная технологическая инструкция по производству литьем под давлением изделий из магниевых сплавов. ВТИ 31−047−2004 — АВИСМА, 2004 г.

22.Временная технологическая инструкция по нейтрализации, обезвреживанию и осветлению производственных стоков комбината. ВТИ38−017−2002. — АВИСМА — 2002 г.

23.Воскобойников В. Г. Общая металлургия: учеб. для вузов / В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев .— 5-е изд., перераб. и доп .— М.: Металлургия, 2000 .— 768 с.

24.Вольхин В. В. Общая химия: учеб. для вузов/Вольхин В.В. — Пермь, 2004. -464 с.

25. Выварец А. Д. Экономика природопользования: Учеб. пособие/ А. Д. Выварец, О. В. Федоренко, С. В. Карелов — Урал. гос. техн. ун-т — УПИ — ред. А. Ю. Кузьменко .— М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1994 — 264 с.