Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах энергетической промышленности ТЭК, с учетом экологической безопасности

Диссертация: Разработка биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах энергетической промышленности ТЭК, с учетом экологической безопасности
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Одним из возможных способов снижения углистых веществ в твердых отходах является использование биохимических процессов, сущность которых заключается в свойстве определенных видов микроорганизмов в низкотемпературном режиме осуществлять процесс деструкции сложных углеводородных соединений до элементарного состава, с последующим синтезом из них веществ, которые не противоречат составу самой… Читать ещё >

Разработка биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах энергетической промышленности ТЭК, с учетом экологической безопасности (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
    • 1. 1. Общие сведения о топливно-энергетической отрасли Российской Федерации и ее влиянии на окружающую природную среду
    • 1. 2. Характеристика твердых отходов тепловых электростанций
    • 1. 3. Постановка научных исследований
  • ВЫВОДЫ по главе 1
  • Глава 2. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДЕСТРУКЦИИ УГЛИСТЫХ ВЕЩЕСТВ В ТВЕРДЫХ ОТХОДАХ ЭНЕРГЕТИКИ
    • 2. 1. Биодеструкция углеотходов
    • 2. 2. Технологические направления реализации био деструкции углистых веществ в твердых отходах энергетики
  • ВЫВОДЫ по главе 2. Г
  • Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БИОДЕСТРУКЦИИ УГЛИСТЫХ ВЕЩЕСТВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
    • 3. 1. Предпосылки лабораторных исследований
    • 3. 2. Схема лабораторной установки
    • 3. 3. Анализ результатов лабораторных исследований
  • ВЫВОДЫ по главе 3
  • Глава 4. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БИОУТИЛИЗАЦИИ УГЛИСТЫХ ВЕЩЕСТВ В ТВЕРДЫХ ОТХОДАХ ЭНЕРГЕТИКИ
    • 4. 1. Стендовые испытания технологии биохимической деструкции углистых веществ на основе процесса чанового выщелачивания
    • 4. 2. Стендовые испытания технологии биохимической деструкции углистых веществ на основе кучного выщелачивания
    • 4. 3. Анализ результатов стендовых испытаний биохимического способа
    • 4. 4. Рекомендации по определению основных параметров управления биохимическим процессом деструкции углистых веществ
    • 4. 5. Эколого-экономическая оценка шлаконакопителя и оценка биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах энергетики
  • ВЫВОДЫ по главе 4

Актуальность работы. Современное развитие топливно-энергетического комплекса (ТЭК), который включает в себя ряд отраслей промышленности, в том числе: нефтедобывающую, нефтеперерабатывающую, газодобывающую, газоперерабатывающую, угольную и энергетическую характеризуется в связи с распадом СССР снижением их производительности, что отражается на ВВП (валовом внутреннем потреблении) — с одной стороны, и, с другойуменьшением выбросов метаболитов производства по этой причине в окружающую природную среду в виде твердых, жидких и газообразных отходов.

Однако, несмотря на данные объективные причины, доля влияния ТЭК на окружающую среду (ОС) по прежнему остается достаточно высокой и по сравнению с другими отраслями хозяйственной деятельности достигает 67%.

Рассматривая структуру ТЭК по основным показателям влияния его на компоненты биосферы, мы вправе сделать вывод о том, что энергетическая промышленность оказывает наибольшее влияние. Причем, наиболее значимым элементом влияния на ОС являются твердые отходы, т.к. более 30% энергоустановок используют, в основном, твердое топливо (антрацит, каменные и бурые угли), содержащее в себе до 14% углистых веществ, вследствии неполного сгорания топлива.

Твердые отходы энергетического комплекса, представленные шлаком и золой, оказывают негативное влияние на состояние здоровья населения и компоненты биосферы. Данный факт объясняется тем, что накапливаемые твердые отходы энергетики складируются в виде шлаконакопителей, породных отвалов (конусообразной, хребтовой и плоской форм), а улавливаемая зола складируется в золонакопителях в основном в виде прудов-отстойников.

Основным направлением утилизации твердых отходов энергетики является возможность использования их для производства строительных материалов.

Однако, доля производства строительных материалов из данных отходов ограничена вследствии наличия в них непрореагировавших при сжигании углистых веществ.

Отсюда очевидно, что возникает необходимость в изыскании и разработке принципиально новых направлений по снижению углистых веществ в твердых отходах.

Одним из возможных способов снижения углистых веществ в твердых отходах является использование биохимических процессов, сущность которых заключается в свойстве определенных видов микроорганизмов в низкотемпературном режиме осуществлять процесс деструкции сложных углеводородных соединений до элементарного состава, с последующим синтезом из них веществ, которые не противоречат составу самой природы. Поэтому разработка биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах энергетической промышленности является актуальной научной задачей.

Цель работы — разработать биохимический способ снижения углистых веществ в твердых отходах энергетической промышленности для повышения эффективности использования техногенных ресурсов.

Идея работы — заключается в способности определенных видов микроорганизмов в низкотемпературном режиме осуществлять деструкцию углеродсодержащих соединений на простые элементы с последующим синтезом из них новых веществ. Задачи исследований включают: выполнение анализа состояния накопления и использования твердых отходов в энергетикепроведение теоретических исследований протекания биохимических процессов деструкции углистого веществаосуществление лабораторных и натурных экспериментов для определения параметров и режимов биотехнологий деструкции углистого веществавыполнение эколого-экономической оценки способа.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна. Биохимическая деструкция углистых веществ происходит по четырем основным фазам: первая фаза — гидролиз углистого вещества до жидких продуктов, вторая — метанобразование с частичным накоплением двуокиси углерода, третья — метанпотребление, сопровождающееся последовательным переводом метана в метанол, формальдегид, муравьиную кислоту и углекислый газ с накоплением при этом живых клеток метанобразующих и метанпотребляющих бактерий, четвертая фаза — фаза автолиза, характеризующаяся разложением клеток и образованием при этом гумусовых веществ.

Динамика изменения рН среды при биодеструкции углистого вещества подчиняется затухающему колебательному процессу в кислую сторону. Значения констант затухания процесса в щелочной и кислой зонах составляют с=0,81.

Наивысшая активность биодеструкции углистых веществ наблюдается при размере частиц шлака от 100 до 10 мкм, которые соизмеримы с размерами клеток.

Оптимальным соотношением твердой и жидкой фазой реализации биохимической деструкции углистого вещества является 1:4 (1 часть шлака, 4 части бактериальной суспензии).

Достоверность научных исследований обусловлена проведением теоретических, лабораторных и натурных исследований с учетом графоаналитического способа планирования экспериментов с оценкой надежности полученных результатов по общепринятым критериям статистических методов исследований.

Научная ценность работы состоит в разработке основных научно-практических положений по применению биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах энергетики.

Практическое значение работы заключается: в разработке рекомендаций для прогнозирования эффективности снижения углистых веществ в твердых отходах с учетом соотношений весовых частей бактериальной суспензии и отходов, а также биологических показателей константы скорости биодеструкции в процессах чанового и кучного бактериального выщелачиванияразработана номограмма для определения коэффициента экологических условий жизнедеятельности микроорганизмов при реализации способавыполнена экономическая оценка финансовой стоимости шлаконакопителя в зависимости от содержания в нем основных химических веществ и определено снижение экологического ущерба при снижении углистых веществ в отходах.

Результаты внедрения: рекомендованные процессы чанового и кучного выщелачивания прошли стендовые испытания на отходах Шатурской ГРЭС-5.

ВЫВОДЫ по главе 4.

Проведенные стендовые испытания технологий биоутилизации углистых веществ с использованием чанового и кучного выщелачивания позволили определить константы скорости протекания биохимических процессов (0,036 и 0,033 сут-1) соответственно.

Разработано уравнение для прогнозирования эффективности биохимического способа с учетом биотехнологических параметров.

Рекомендована формула для расчета общего времени реализации биохимического способа с учетом заданной эффективности.

Определена финансовая стоимость шлаконакопителя объемом 1,6 млн. м3 по показателям содержания в нем основных химических веществ, которая составляет 331,21 млн у.е.

Определен предотвращенный экологический ущерб по снижению углистых веществ в отходах, который составляет 0,048 млн у.е./т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе решена актуальная научная задача, связанная с разработкой биохимического способа снижения углистых веществ в твердых отходах на предприятиях энергетической промышленности ТЭК и получены следующие основные выводы:

1. Топливно-энергетический комплекс РФ оказывает наибольшее влияние на состояние окружающей природной среды (загрязнение атмосферы 47,7%, выброс парниковых газов 70%, загрязнение вод 27%, накопление твердых отходов 30%).

2. Углистые вещества в твердых отходах энергетики ограничивают их использование для получения продуктов народохозяйственного значения.

3. Одним из возможных способов снижения углистых веществ в отходах является их биохимическая деструкция, которая происходит в низкотемпературном режиме.

4. Эффективность процесса деструкции углистых веществ зависит от совокупного влияния экологических факторов: температуры, рН среды, гранулометрического состава твердых отходов, степени насыщения отходов бактериальной суспензией.

5. Средняя константа скорости биодеструкции углеотходов составляет 0,0345 суг1.

6. Стендовые испытания биохимического способа с использованием чанового и кучного бактериального выщелачивания показали его техническую пригодность с достижением эффективности снижения углистых веществ в отходах на 62%.

7. Разработана методика прогноза эффективности способа и расчета времени его реализации с учетом исходной и ожидаемой концентрации углистых веществ в твердых отходах.

8. Выполнена оценка финансовой стоимости шлаконакопителя в зависимости от содержания в нем основных химических веществ, которая для шлаконакопителя объемом 1,6 млн. м3 составляет 331,24 млн у.е. Эко лого-экономическая оценка по показателю предотвращенного ущерба вследствии уменьшения углистых веществ в отходах составляет 0,048 млн у.е./т.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Горная энциклопедия. Гл. ред. Е. А. Козловский. М.: Сов. энциклопедия. Т. 9, 1991.
  2. Гос. доклад «О состоянии окружающей природной среды РФ». -М.: Госкомитет по охране окружающей среды, 1998.
  3. Л.А. Тепловые электрические станции и защита атмосферы.- М.: Энергия, 1975. 312 с.
  4. Расчет выбросов загрязняющих веществ от котлов электростанции./Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — 184 с.
  5. М.Я. Безотходная технология. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. М.: Недра, 1986.- 255 с.
  6. Х.Г. Структура и характеристика шлаков. В кн.: Седьмой международный конгресс по химии цемента. Париж, 1980, т. 1, с. 3−177.
  7. Сборник методик по определению загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
  8. Вредные вещества в промышленности. Т. 1−2./Под ред. Лазарева H.B. М.: Химия, 1965. — 708 с.
  9. Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 т/ч./Сборник методик расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — 184 с.
  10. . Хватит ли человечеству земных ресурсов ! М.: Мир.- 1989. 262 с.
  11. И.Л. Необъятные запасы и непредсказуемые катастрофы.- М.: Наука, 1988. -174 с.
  12. Повышение эффективности использования отходов электростанций/ Дубов И.В.// Энерг. стр-во. 1990. — № 9. — С. 33−35.
  13. А.З. Минеральные компоненты твердых горючих ископаемых. М.: Недра, 1968. — 214 с.
  14. В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1992. — 240 с.
  15. Л.В., Николаевский B.C. Влияние промышленных газов на рост побегов и ассимиляционные органы древесных растений.//
  16. Научн. Труды Московского лесотехнического института. М., 1987, № 188, С. 24−27.
  17. Влияние энергетики на поверхностные воды. Vliv enrgetiky na povrchove/ Chytie Jvo, Cimbalnikova Barbora.//. Zprav/Vu palivoenry kompiexu. Praha, 1986. — C. 45−48.
  18. Ф. Основы прикладной экологии. Воздействие человека на биосферу: Пер. с фр. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. — 543 с.
  19. A.A., Су с ленков Б. Д. Оценка влияния породных отвалов на окружающую среду.//Горные машины, № 5, 1967. С. 17−18.
  20. .А. Инженерная экология. Л.: изд. ЛГУ, 1989. -208 с.
  21. В.И. Закрепление пылящих поверхностей. М.: Изд-во РУДН, 1996. — 108 с.
  22. С.М., Рудницкий Я. Н., Сикуляр И. Я. и др. Использование вторичных энергоресурсов и охлаждение агрегатов в горной металлургии. — М.: Металлургия, 1975, № 4, С.6−10.
  23. Л.Я., Штейнерт И. П. Использование зол и шлаков при производстве цементов. Л.: Стройиздат, 1977, — 152 с.23а. Справочник по пыле и золоулавливанию. Под ред.
  24. A.A. Русанова. М.: Энергоиздат, 1983. — 108 с.
  25. .И. Редкие металлы: Состояние и перспективы. М.: Наука, 1979, — 356 с.
  26. И.В., Юдович Я. Э. К теории связи содержаний элементов-примесей в углях с зольностью углей.//Литология и полезные ископаемые, 1974, № 6, С. 53−67.
  27. Э.Е. Влияние добавки электротермофосфатных шлаков на процесс клинкерообразования и свойства цемента: Автореф. диссертации канд. техн. наук. Харьков, ХПИ, 1971. -125 с.
  28. М.П., Васильков С. Г. Топливосодержагцие отходы промышленности производства строительных материалов. М.: Стройиздат, 1976. — 208 с.
  29. Е.М. Микробиологическая очистка промышленных сточных вод. К.: Здоровье, 1984. — 460 с.
  30. В.Г. Бактериальное выщелачивание сульфидных минералов. Новосибирск.: Наука, СОАН СССР, 1978. — 243 с.
  31. А.И. Состояние и проблемы угольной микробиологии.//Эколого-экономические проблемы биотехнологии в горной промышленности. М.: ЦПВНТГО, 1990. — С 3−21.
  32. Биогеотехнология металлов. Практическое руководство. М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989. — 375 с.
  33. Н.Г., Лях С.П. Экобиотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов. М.: ВИНИТИ, 1990. — 178 с.
  34. В.А., Михина Т. В. Экологические аспекты биоконверсии твердых углеотходов в биогаз./ /Эколого-Экономическиепроблемы биотехнологии в горной промышленности. М.: ЦП ВНТГО 1990, С. 113−126.
  35. А.И., Сусленков Б. Д. Теория и практика биотехнологии снижения метана в угольных шахтах./ Эколого-экономические проблемы биогеотехнологии в горной промышленности. М.: ЦП ВНТГО, 1990. С. 21−55.
  36. Перспективные биотехнологии в угольной промышленности /Красавин A.M., Катаева И. В., Лелеко В. А. и др. М.: ЦНИЭИуголь, 1992. — 111 с.
  37. И., Фенцл 3. Непрерывное культивирование микроорганизмов. М.: Пищевая промышленность, 1968. — 343 с.
  38. А.И. Состояние и проблемы угольной микробиологии/ Эколого-экономические проблемы биогеотехнологии в горной промышленности. М.: ЦП ВНТГО, 1990. С. 3−21.
  39. Н.В. Разработка способа получения энергоносителя из углекислого вещества отходов угольной промышленности на основе биотехнологии./ Автореф. канд. диссерт. М.: Фонды РУДН, 1992. — 16 с.
  40. Golle Е., Uber die selbstentzundung der Steinkohle./ Zentralbl. Bacteriol. Parasikenk. 1910. Vol 28. P. 461−473.
  41. Farrell M.A., Turner H.G. Bacteria in anthracite coal./ Bacterioll. 1932. Vob.23. P. 155−162.1.l
  42. В.И., Могилевскнй Г. А., Телегина Э. П. Зональность распространения микроорганизмов в водах и породах различных осадочных бассейнов./ Микробиол. пром. 1977. № 3. С. 6−9.
  43. А.И., Иванов М. В. Экология метанотрофных бактерий./ Успехи микробиол. 1983. Вып. 10. С. 3−19.
  44. Ward В. Lignite-degrading fungi isolated from a ucathered auterop./ System. Appl. Microbiol. 1985. V. 6, P. 236−238.
  45. Scott C.D., Strandbergt G.W., Lewis S.N. Microbial solubiliration of coal/ Biotechnol. Prog. 1986. V. 2. P. 131−139.
  46. Ackerson M.D., Jonson N.L. Biosolubiliration and liquid fuel prodaction from coal/ Appl. Biochem. And Biotechnol. 1990. V.24−25. P. 913−928.
  47. Н.Л. Исследование органо-минеральных удобрений из углеотходов для восстановления растительного слоя, нарушенного разработкой угля. М.: деп. ЦНИЭИуголь, № 5625/4, 1998. -С. 1−5.
  48. А.В. Особенности жизнедеятельности метанокисляющих бактерий в условиях контакта с каменным углем, (канд. диссерт. -М.: фонды МГУ, 1974. 125 с.
  49. Ф. Биохимическая технология и микробиологический синтез.- М.: Медицина, 1969. 360 с.
  50. Л.И. Промышленная микробиология. Учебн. пособие.- М.: Изд-во МГУ, 1989. 294 с.
  51. И.А. Совершенствование процесса биоконверсии углеотходов в энергоносителе посредством биологически активного комплекса. / Канд. диссерт. М.: фонды РУДН, 1995. — 2 6 с.
  52. Gupta Р.К. Spiher J.К., Grawford D.L. Biotransformation of coal by ligninolytic strepfomyces./ Can. J. Microbiol 1988. V. 34. P. 667−674.
  53. К.С. Биология и информация. Элементы биологической термодинамики. М.: Наука. 1964. — 268 с.
  54. .Д. Исследование и разработка параметров микробиологического воздействия на угольный пласт в непрерывном режиме с целью управления его состоянием./ Канд. диссерт. М.: фонды МГГУ, 1976. — 226 с.
  55. М.В. Микробная биотехнология./ Биотехнология металлов. М.: Центр межд. проектов ГКНТ, 1985. С. 369−391.
  56. Нестеров А.И., Сусленков Б. Д. Старовойтова Г. А. Оптимизация питательного минерального раствора для метанокисляюгцих бактерий./ Прикладная биохимия и микробиология. Т IX, вып. 6, АН СССР. М., 1973.
  57. Физическая энциклопедия/ Гл. Ред. A.M. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия Т 1−5. 1992. — 3060 с.
  58. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — 267 с.
  59. Дж. Росси. Методы выщелачивания. Биогеотехнология металлов.- М.: Центр межд. проектов ГКНТ, 1989. С. 94−108.
  60. Т.И., Маркин В.Е., Мальченко A.B. Внутридиффузионная динамика адсорбции растворенных веществ неоднородно-пористыми активными углями./ Химия и техно л. Воды, 1988 -10, № 4.
  61. В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965.- 340 с.
  62. Математическое моделирование в химической технологии. М.: Химия, 1971. 108 с.
  63. H.H., Колпакова Г. П., Манакова В. Я. Исследование химической активности руд методом низкотемпературного окисления. Горный журнал. Известия ВУЗов № 4, 1975.
  64. О.Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970. — 103 с.
  65. Н.Г., Скакун Т. О. Технологии чанового бактериального выщелачивания в различных режимах культивирования бактерий. Биотехнология металлов. Центр международных проектов ГКНТ.- М.: 1989. С. 188−193.
  66. Дж. Росси. Подземное кучное выщелачивание в отвалах. Биотехнология металлов. Центр международных проектов ГКНТ.- М.: 1989. С. 228−327.114
  67. Теории подобия и размерностей. М.: Наука, 1968. — с. 366.
  68. Пособие по составлению раздела проекта (рабочего проекта) «Охрана окружающей природной среды», (к СНиП 1.02.01−85).- М.: ЦНИИпроект, 1988. 187 с.
  69. В.А. и др. Организация, планирование и управление природопользованием в горной промышленности. М.: Недра, 1990.- 240 с.
  70. Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения. ГОСТ 17.0.04 -90. М.: Госкомитет СССР по охране природы, 1990. — 36 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!