автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии получения и применения в водообработке сорбентов из углеродсодержащих отходов

Ростовская-на-Дону государственная академия строительства _

Исследование и разработка технологии получения и применения

углеродсодержащих отходов

05.23.04 — «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов»

Авторе ферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ВЕСЕЛОВСКАЯ Елена Вадимовна

В

ИВ

Ростов-на-Дону 1994 г.

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

СЕРПОКРЫЛОВ Н. С.

Консультант: кандидат технических наук КРЫПИНА С. М.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

КАПЛИН В. Т.,

кандидат технических наук, члеи-корреспондент жнлищно-комму-налыюн академии Российской Федерации ЛЕНСКИЙ Б. П.

Ведущая организация: АО институт Ростовский «Водоканал-проект». у/20

Защита состоится « 1-г » ¿-ссСЫг 1994 года в Лу час. на заседании диссертационного совета К. 063.64.03 при Ростовской государственной академии строительства по адресу: 344700, г. Ростов-па-Дону, ГСП-17, ул. Социалистическая, 162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГАС.

Автореферат разослан « / » 1994 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, /

доцент / ///Ч И. П. Турянский

(ШЛЯ ХАРАКТЕШСТЖА РАБОТЫ

Актуальность« Б связи с прогрессирующим нагрязненном биосферы антропогенней:; сгходахк попроси её залиты, з тем чгсле очистки природных и сточит ж зод, приобретая? существенное значение для любых экосистем. Несовераенство или незозмогность внедрения безводных технологии э условиях современного производства приводит к сбросу з водоемы огромных объёмов стоков без достаточной степзни очистки, программируя нарушения био-геохиклческих циклов.

Среди способов очистки природных и сточных вод одним из универсальных является сорбциошшй, к неоспорншэд достсшствам которого принадлежит возможность удаления ергышчеехкх и неорганических загрязнения практически до любых остотошня концентраций и отсутствие вторичных загрязнений.

Наиболее часто в практике сорбционной очясгкк вод геполь-зуют углеродсодергапио сорбенты - активирсзгипк:о угд;;. Однако, их пирокому применению препятствуют дефицитность и высокая стоимость (500-1500 рублей за тонну в ценах 1990 г.).

Реальной альтернативой активированным углям при очистке и доочистке сточных вод является использование в качестве сорбентов углеродсодерхаших отходов (УСО), в частности, отходов производства графитированных электродов. Сорбенты на основе УСО имеют достаточно высокие сорбционные характеристики и низкую стоимость, что может восполнить дефицит активированных углей при очистке и доочистке стоков промышленных предприятий и городских сточных вод, прошедших биоокйсление. Кроме того, существенно улучшается экологическая обстановка за счёт ликвидации многотончажных отходов производства и уменьшения плояадей их • захоронения.

Диссертационная работа выполнена в рамках плановые гос. бюджетных НИР КПИ по теме № П-53-699 "Разработка и внедрение интенсивных технологий процессов обработки вод коммунальных и промышленных объектов", входяшей в КЦНШ Комитета по высшей школе Российской Федерации "Человек и окружавшая среда".

Целью работы является разработка технологии получения и

применения в процессах очистки вод сорбционного материала из отходов производства графитировгнню: электродов.

Для достижения поставленной цели в ходе работы рега;„>;сь следующие задачи:

1. Теоретико-экспериментальное обоснование оптимьлы&ос реяимов активации УСО и механизмов 'взаимодействия кэдяфикгщйй сорбентов с различными типами удаляемых загрязнений.

2. Разработка методики выбора сорбентов на осноез УСО в зависимости от их структуры,' физико-химических и сорбционных характеристик.

3. Отработка технологии сорбционной очистки стоков некоторых предприятий сорбентами на основе УСО в полупроизводственных и опытно-промыпленных условиях.

4. Эколого-экономический анализ технологии получения и применения сорбентов на основе УСО.

Основная идея работы заключается в разработке технологии получения и применения в процессах водообработки дешевого сорбционного материала из отходов электродных производств.

Методы исследования включали: спектрофотометрические и хроматографические исследования, ИК-спектроскопию, рентгено-структурный анализ, ртутнуа порометриа.

Достоверность основных научных положений, практических выводов и рекомендаций.

Все экспериментальные исследования проводили на лабораторных, полупроизводственных и промышленных установках с применением современных методов анализа и обработки результатов, включая спектрофотометрические определения концентраций вешеств в входных и очишенных. водах, хроматографические анализы кидких и газовых сред, исследование твёрдой фазы методами Ш-спектро-скопии и рентгеноструктурного анализа, статистическую обраоотку результатов экспериментов. .

При разработке технологии получения сорбентой оптимизаций процесса активами проводили с применением методов активного .эксперимента и-'ЭВМ.': > ' •;..-.'-.■ •

' , Научная новизна работы. Впервые обоснована экотехнология

использования крупнотоннажных углерэдсодеркалих отходов электродных производств в качестве исходного сырья для получения сорбционного катерчат".^ устакозлены оптимальные параметры активации нескольких кодификаций сорбентов, их влияние на формирование пористой структуру к состав фу} ¡к циС1 итьних групп, а также показано участие последках б сорбции различных типов загрязнений.

Уточнена методика инженерного расчета сооружений сорбци-онной очистки вод. - .

Дан комплексный эколого-экономический анализ применения сорбентов на основе УСО в водоочистных технологиях с учётом снижения нагрузки на природнув среду за счзт утилизации отходов. ■ \ _

Практическая значимость работы. Определен« меяз;шч8ские и физико-химические показатели УСО, положенные в основу ргзра- . ботки технологии получения сорбентов.

Получены сорбционные, механические, физико-химические характеристики, а также токсикологические показатели для каждой модификации сорбционного материала.

В лабораторных, полупроизводственных и производственных условиях получены параметры режимов доочистки городских сточных вод, прошедших биохимическую очистку, очистки сточных вод полиграфических производств, азот- и фенолсодержааих стоков с применением новых сорбентов.

Разработаны технические условия ТУ 2 069 127 00001 01 на получение сорбционного материала на основе УСО парогазовым методом.

Определено влияние на^атмосферу газовых выбросов при ак- • тивации сорбентов. ■ .

Реализация работы. Основные результаты работы внедрены на 'электродном заводе, г.Новочеркасск, локальных очистных сооружениях ПО "Заря", г.Киев, а также использованы Новочеркасским ГИПРОЭЛЕКТРО при проектировании очистных сооружений.субно-мехо-вой фабрики г.Будённовска и издательства "Кавказская здравница", Г.Минводы. . •;'. . '. - -.'/'■

' На защиту выносятся теоретические,и экспериментальные по-

б

лоаения, выводы по разработке технологий получения поб;^' ссрб-ционных материалов на основе УСО и принципы их использования для сорбции органических и неорганически загрязнении, вгазча-шие результаты спектральных, рентгеноетруктурных, хи&шасккх и токсикологических исследований..

Апробация работы. Основные положения и результата работы доложены и обсуждены на:

- научно-технической конференции "Синтез неорганических сорбентов и применение их для очистки вод", г.Челябинск (1990 г.);

- научно-практической конференции Ростовского инженерно-строительного института, г.Ростов-на-Дону (1991, 1992 гг.) ;

- научно-практических конференциях Новочеркасского политехнического института, г.Новочеркасск (1991, 1992 гг.).

Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 5 работ.

Объём и структура диссертации. Диссертация вялвчает введение, 4 главы, выводы, список литературы и приложения. Обаий объём диссертационной работы - 221 страница, в том числе: 121 страница машинописного текста, 51 рисунок, 22 таблицы, 8 приложений.

Список использованной литературы состоит из 164 наименований, в.том числе 21 иностранного. В приложениях приведены сведения о внедрениях, экономическом эффекте, статистической обработке результатов экспериментов.

Автор благодарит научного консультанта к.т.н., стараего научного сотрудника кафедры "Сбзая химия и прикладная экология." Нозочеркасского мелиоративного института С.М.Крыпину.за методологическую помошь в проведении исследований углеродсо-дерказего материала методами ИК-спектрсекопии и рентгенострух-турного анализа. . .

СОДЕРЕАЮЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность проблемы, обосно-г^гается необходимость замены дефицитных и дорогостоящих ах-^иь.-^-ованных углей депевыки сорбентами из нетрадиционных ма-

сертационной работы и сформированы цель и основные эада*--ч исследования.

2. Получение и исследование свойств сорбентов из отходов электродных производств

Отходы электродных производств представляет ссбо;- продукт термической обработки кокса, используемого в пс*:сс: грз,-фитации в качестве термоизоляционной и токопроводяшей прослойки. По окончании процесса графитации отработанный кокс сортируют и фракции менее 10 мм направляют в отвалы.

На Новочеркасском электродном зазоде, использующем кокс с коксохимических заводов Донецкого бассейна, ежегодный прирост твердых отходов составляет до (50-60) «Ю3 т. Отвалы оказызают неблагоприятное воздействие на окружающую среду в районе зазо-да и прилегающих к нему посёлков, вызывая дополнительную запылённость, а, кроме того, отторгается значительная плоэздь плодородных чернозёмов. Проведенные нами исследования показали, что по элементному, химическому составу, физнко-механичееккч характеристикам углеродсодерзазие отходы имеют показатели, близкие к промышленным сорбентам, и могут бить использованы в качество исходного сырья для получения сорбционно^о материала. Однако, исходные УСО обладают низкой сорбционной способностью и для повторного использования, многотоннажных отходов требуется разработка оптимальной технологии их активации.

Активацию УСО проводили на специально разработанной установке, состоящей из лабораторной печи типа СУ0Л-0,4.2,5/15И1 г расположенной в ней врапашейся термостойкой трубой * системами подачи и распределения диоксида углерода, водяного пара, \ одного раствора катализатора, ацетилена.

Для получения сорбентов использовали известные методы активации:. ' 'I. Парогазовый с использованием в качестве активируяшего агента водяного пара (сорбент типа А1).

2. Парогазовый с-использованием водяного пара и водного га^т;ора катализатора (сорбент типа А2). .

3. Парогазовый с использованием диоксида углерода^, (сор- ' бент типа В). . :"уг

териалов, в том число иэ углеродсодержаших отходов производств.

Излагаются цель V задачи диссертационной работы, её структура, объём выполи С; п-исс исследований.

I. Применение сорбентов в технологических

процессах очистки зод Экологизация сорбционных тггшологий предполагает комплек-,сный подход: поиск новых видов сырья, выбор наиболее экономичных методов и аппаратурного оформления процесса активации, обеспечивавших минимальные энергетические затраты и газовые выбросы при удовлетворительных сорбционных характеристиках готового продукта, проведение процесса регенерации с учгд-х: физико-механических характеристик сорбентов, вида сорбгфуемых вешеств, а также наличия в адсорбтиве компонснуои, оказиваалкх каталитическое воздействие на процесс регенерации.

Выбор метода активации, а также необходимого процесса карбонизации определяются требованиями, предьлзллеишк к сорб-ционному материалу и характеристиками исходного сьгрьп. В первой главе дан анализ сушествуюших методов формирования пористой структуры углеродсодержадих материалов и её взаимосвязь' с адсорбционными характеристиками готового продукта. В данной области широко известны работы А.Д.Смирнова, А.Д.Карелина, Л.Б.Севр^гова, Г.М.Бутырина, И.Л.Эттингера, И. Г. Род а, И. А.Тарковской, А.Ы.Когановского.4'

Анализ литературных источников по технологии производства сорбентов, по внутридиффузионной кинетике и избирательности адсорбции показывает, что. равновесие и скорость адсорбции, химических вешеств во многом определяют поверхностные функциональные группы. Это имеет особенно большое значение при глубо- • кой очистке вод. Поэтому для прогнозирования возможности сорбции тех или иных классов загрязнений данным сорбционным материалом.; требуется изучение структуры и состава функциональных групп сорбента. Дри этом, определив "рабочие" функциональные группы, необходимые для ввделения .конкретных компонентов, варьируя параметры процесса активации, возможно регулирование их количественного и качественного состава.

В соответствии с изложенным обоснована актуальность дис-

4. Активация-с зауглерстаЕшсием материала п токе ацетилена (сорбент типа С).

5. Сульфирован*;«, ¡¿атериала (сорбент типа Д).

6. Химическая актишция с использованием водных растворов кислоты и карбонатов'полочных металлов (сорбент типа Е).

7. Хлсрцинковая активация (сорбент типа Р).

Для оценки способности восстанавливать сорбционные свойства нами проводилась термическая и химическая (гидроксидами шелочных металлов) регенерации.

Сложность химического состава и строения УСО предопределили использование целого комплекса физических, физико-химических и химических методов исследований: инфракрасную спектроскопию, рентгеноструктурный анализ, ртутную порометрию, классические химические метода изучения углеродсодернхших оо-шеств для получения полной характеристики новых типов еорбен-тов.

Качество полученных сорбентов оценивали по их адсорбционным и физико-механическим свойствам в сравнении с нормативными требованиями, предъявляемыми к сорбционным и фильтрушим материалам.

3. Изучение структуры, технологии активации и адсорбционных характеристик сорбентов на основе УСО

Как известно, выбор эффективного сорбента определяется характером его взаимодействия с сорбтивами, что в свою очередь требует изучения механизма этого процесса..

Для изучения возможных механизмов сорбции органических и неорганических загрязнений были проведены исследования структуры УСО и сорбентов на их основе.

Удельный объём пор активированных материалов по сравнению с УСО увеличен незначительно (в среднем для различных модификаций сорбентов на 15-25 %). Следовательно, можно предположить, что повышение сорбционной ёмкости активированных материалов объясняется не только физической адрсорбцией, но и возросшим вкладом химической составлявшей. . .- ' '

В пользу этого предположения свидетельствует анализ ИК- ' -спектров модификаций сорбентов. . "

Сопоставление спектров сорбента типа А2 и УСО показывает?, иго парогазовая активация УСО в присутствии водного рас-гсора катализатора приводит к резкому росту числа кислородсодернаших групп (увеличение интенсивности полос 1720 и 1736 см* и появление полосы 1556 см"*). Данные спектрального анализа достоверно корродируются с результатами химического:- cyiöir;j,ce содержание фенольных и карбонильных гидроксияов для сорбента типа А2 увеличивается по сравнению с УСО почти в три раза т.е., можно говорить о получении сорбента,поверхностные кислородные комплексы которого должны,по-вцдимому, обеспечить повыиенную адсорбционную способность материала в жидкой фазе относительно различных полярных вевеств.

Анализ дифрактограмм (табл.1) показывает, что для сорбента типа А2 характерно уменьпениа степени упорядоченности углеродных ядер и интегральной интенсивности максимума (002) по сравнению с УСО. Наблюдается ассоциация углеродных ядер (их количество увеличивается, в среднем, на 20 единиц) за счЗт чего увеличивается среднестатистическая толшина пакетов ароматических конденсированных слоев ( Lc возрастает с 20,41 до 27,21 нм). Углеродные ядра могут быть несколько конформирова-ны, о чём свидетельствует уменьшение интегральной интенсивности максимума (Ю) сорбента типа А2. Кроме того, пакеты угле родных ядер сорбента более анизодиаметричны по сравнению с УСО. Такие структурные перестройки наряду с изменением поверхностных комплексов сорбента,, по-видимому, также должны влиять на изменение сорбционной активности модифицированных УСО.

Анализ ИК-спектров сорбентов типа В показывает, что данные условия активации приводят к увеличению алифатической час- . ?и (увеличение интенсивности полос.в области валентных и деформационных колебгниП. CHg- и CHg-групп) « г.олуча!ию неокисленно-го материала - полоса, отвечайте за колебания функциональных кислородсодержащих групп, шралсены на уровне оуыов. Спектральная информация подтверждается результатами химического анализа - содержание фенольньк и карбонильных гкдроксилов химически- ' ми «стадами не <£пссируется. Подобный углеродсодергапий иатерк-пл, соглашо предстазленияи А.Н.фруктга я ДЛ-Страсесго, tiyzfis

Таблица 1

Рентгеноструктурные параметры УСО и сорбентов на их основе

Максимум (002)

0<5Раэец ' Г3002, ! Ь .: ЭС02,: Ьс, им ; £ : ус'л.ед,; им

Максимум (10)

с! ю.: Б ю, I .

им ; усл.ед^ им

Ьк

Ьс

УСО 0,3351

Сорбент типа А2 0,3351 Сорбент типа В 0,3351 Сорбент типа Д 0,3351

32,25 22,70 14,40 49,60

0,0271 0,0115 0,0175 0,0240

20,41 27,21 16,33 16,33

62 62

49

50

0,2032 0,2032 0,2027 0,2032

0,0762 0,0387 0,0707 0,1044

10,33 9,24 10,98 11,70

0,81 0,34 0,67 0,72

. . воп- расстояние между конденсиронанныш ароматический» слоями ;

ц ' • -

- степень упорядоченности структурных элементов; Сс" среднестатистическая толшина конденсировшшшс ароматических пакетоа; 1_,а- среднестатистическая протяженность конденсироиашшх ароматических пакетов; П - количества углеродных слоев п пакете; <!»-внутрнсеточная дифракция; За«, Б га - интегральные интенсивности иаксныуиои (002) и (10) ;

степень шшзодцаыетричности конденсированных ароматических иакетов.

вести себя в еодньк растворах как своеобразный кислородный электрод, и сорбционные явления, протекавшие на поверхности сорбента типа В, будут носить, по-видимому, анионообменный характер.

Рентгеноструктурный анализ сорбента показывает разупоря-дочение углеродных ядер по сравнению с исходным материалом и изменение параметров молекулярной структуры (Ц уменьшается с 20,41 до 16,33 нм). Подобная структурная перестройка должна, по-видимому, повлечь повышение сорбционных свойств материала по сравнению с УСО, ввиду увеличения удельной поверхности и, как следствие этого, анионообменной ёмкости.

ИК-спектр сорбента типа С показывает влияние ацетилена лишь на ароматические структуры и повышение адсорбционных свойств материала можно объяснить, по-видимому, увеличением пористости. Так, объём йезопор возрастает с 0,21 дмэ/кг (УСО) до 0,30 дм3/кг. Содержание щкропор, косвенно оцениваемое по сорбционной способности материала относительно молекул иода, также возрастает (УСО: 22-24 %, сорбент типа С: 33-62 % - в зависимости от температуры активации).

Анализ ИК-спектра сорбента типа Д показывает незначитель- . ное увеличение алифатической части и резкий рост СООН-групп и карбонильных соединений. Исходя из наличия данных функциональных групп, а таксе по аналогии с промыогенными сульфоуглями, можно предположить наличие катионообменных свойств и повышенную сорбционную активность по отношению к ароматическим молекулам, ориентированным плоскостью бензольного кольца параллельно поверхности раздела фаз.

Условия активации сорбента типа Д приводят к образованию наименее анизодиаметрических пакетов (отноше -ие Lß/Lc увеличивается с 0,51 (УСО) до 0,72) среди модификаций сорбентов. Наблюдается телике уменьшение степени упорядоченности углеродных ядер и ютегральной интенсивности максимума, (002). Подобная структурная перестройка позволяет предположить возможным процесс гидролитического расшеплениг элементов молекулярной структуры с последующей рекомбинацией, по-видимому, за с«' г мостиков -S-. Данные изменения приводят к увеличению удельной поверхности и, как следствие этого, повышению ею сорбционной

активности.

Проверку высказанные при анализе спектральной информации теоретических предполояений о селективности модификаций сорбентов относительно тех или иных классов вешеств, проводили на модельных растворах и реальных краскосодерггллнх к биохимически очипенных городских сточных водах.

Сорбенты типа А2 могут быть применены для извлечения полярных органических молекул (рис. ), доочистки биохимически осиленных сточных вод, очистки краскосодерглших стоков. Активация сорбентов без использования катализатора (сорбенты типа Л1) не даёт эффекта, соизмеримого с затратами на активацию.

Сорбенты типа В имеют посредственные показатели к перечисленным вше загрязнениям (рис. ) и хорошую сорбциснную активность по отношению к нитратам (величина удельной адсорбции до 1,48 мг/г). -

Сорбенты типа С и Д могут быть использованы для очистки вод, содеряазих ароматические соединения, например, фенол (удельная адсорбция соответственно 4,2 и 6,6 мг/г при равно- • весной концентрации 5 мг/л). Ожидаемые поьышснные катионооб-менные свойства сорбентов типа Д не подтвердились (сорбционная способность по ионам менее 0,05 мг-экв/г).

Сорбент типа Е может применяться, как и сорбент типа А2, для удаления -полярных органических веществ и доочистки биохимически очищенных сточных вод (рис.; ), но его производство з промышленных масштабах связано с нанесением ушерба окружавшей среде. Метод активации, используемый для получения сорбента типа Р, очевидно, непригоден для обработки УСО.

■ Лабораторные исследования показали, что предпочтительны:.! .методом реактивирования для сорбентов.на основе УСО является термический. После У цикла сорбция-регенерация измельчаемость составляет 4,0-5,0 %, истираемость .0,4-0,6 %, восстановление ' сорбционной ёмкости от первоначальной более 70 %.

Оптимальные соотношения параметров активации ¿орбента типа^ определяли в ходе активного эксперимента, где варьируе-кымифакторами, являлись: , ^,

" - температура з рабочем пространстве печи, °С;

Рис. Изотермы сорбции уксусной кислоты УСО (I) и сорбентами типа А2 (2), В (3), Е (4)

Х<} - концентрация катализатора, %', Хд - продолжительность активации, мин; Х^ - вид активируяшсго агента (водяной пар или диоксид углерода).

Параметром оптимизации -У- являлась средняя арифыетичес- • кая величина серб;тетиной ёмкости материала по уксусной кислоте.

В результате математической обработки результатов экспериментальных данных на ПЭВМ бвдо установлено, что уравнение регрессии имеет вид:

У •= 0,48 + 0,1Щ + 0,27X2 + 0,023X^2 - О.СМХ^

- О^ЗХ^ - 0,063ХзХ4 - 0,034X^3X4 - 0,035X2X3X4

или в системе натуральных обозначений: У = -0,451 + 0,001102! + 0,057822 + 0,0123?3 + 2.68.10-5 х

х - г.Об'Ю'^з - ОД79Х4 + 0,01552^4 + 0,007402^.

+ БДО-Ю^ЗД г 1|71«10-52123Х4 - 8,75.10-42273Х4

С помошью критерия Зяшера была доказана адекватность уравнения регрессии ( 2,4 ; 5«» I»22).

Максимальную сорбционную ёмкость по отношению к уксусной кислоте имеют сорбенты, полученные при температуре активами

600 °С, кснпентрац-п! катализатора 8 %, продолжительности процесса активации 20 минут и использоешши в качестве активиру-•шего агента водяного пара, что и составляет предает изобретения (репокие Ш1П1Э по форме 1/9).

Для других модификаций сорбентов таязе определены оптимальные режимы активации, оценка которых проводилась по адсорбционным и физико-механическим показателя:.!.

На получение сорбентов на основе УСО в прсмоленных условиях разработаны ТУ 2069127 '00001 01.

Исходный материал для получения модификаций сорбентов является отходом производства. Проведенный анализ сорбентов на основе УСО и их водных вытяжек на содержание токсичных всшеств показывает токсикологическую безопасность новых сорбентов и возможность их использования не только на локальных очистных сооружениях промышленных предприятий перед сбросом стокоз з городскую канализацию, но и как последнюю 'ступень очистки биохимически очищенных сточных вод перед их спуском з водоём.

Для определения возможного улерба окрузахпей среде при промышленном производстве сорбентов на основе УСО, были исследованы газовые выбросы из лабораторной установки во время, активации сорбентов типа В. Ориентировочная оценка токсичности отходяших газов показывает необходимость системы газоочистки при активации УСО в промышленных масштабах (повышенное содержание сероводорода и оксида углерода).

Для расчета сооружений сорбциокной очистки, работающих в контактном режиме, была уточнена методика инженерного расчёта с учетом полученных Для различных вешестз изотерм сорбции. Разновесная доза сорбента, необходимая для снижения исходной концентрации вешества до заданного значения, зависит от величины удельной адсорбции,'равновесной с заданной концентрацией, определяемой по полученным нами изотермам сорбции. Для сорбентов на основе УСО нами определены значения удельной адсорбции для ряда вешеств. .

4. Эхолого-экономический айализ получения и применения сорбентов на основе УСО электродных производств

Открытое хранение УСО электродных производств оказывает

негативное воздействие на состояние окружавшей среды, выражавшееся в той числе и в увеличении заболеваемости населения в прилегавших к заводу районах. Ушерб природе может быть оценён в стоимостном выражении - плате за выбросы. Так, согласно решении Ростовского Облисполкома № 50 от 22.02.91 "Об утверждении нормативов плат за выбросы загрязнявших зезеств в природную среду и порядка их применения" годовая плата за выбросы при открытом хранении УСО Новочеркасского электродного завода, учитывавшая загрязнение почвы, атмосферы, поверхностных' водоёмов, составит 650410 руб. Поэтому ликвидация многотоннажных отходов путем вторичного использования сорбционного материала -представляется особенно актуальной, и с экономической и с экологической позиций.

Получение опытной партии сорбентов на основе УСО методом парогазовой активации осуществлено на НЭЗ.

Установка для активации УСО выполнена на базе печи графи-тации. Качество активированных У00 опытной партии соответствовало разработанным нами ТУ 2069127 00001 01 (таЬл.2).

При подобной технологической схеме активации, затраты на получение I т сорбента в ценах 1991 г. составляли 223 руб.

В дальнейшем планируется установка специальной печи типа УРКС производительностью до 140 т в сутки, предназначенной для активации в регенерации отработанных УСО. Целесообразность устройства специальной печи определяется, во-первых, компакт-, ностью и простотой обслуживания установки при активации крупнотоннажных партий сорбента и, во-вторых, получением продукта более высокого качества. ■

Для оценки возможного негативного воздействия на окрукао- . шую среду процесса активации УСО при использовании установки был выполнен расчет теоретически зозмокных выбросоз вредных веществ в атмосферу. . . . •

Расчот проводился согласно "Методике расчета.концентраций в атмосферном воздухе вредных вешеств, содержащихся в выбросах ; предприятий". Расчет, выполненный с учетом параметров реально существующих сооружений НЭЗ, к которым планируется по1..:лючепие промышленной установки, не показал превышения предельно допус- . тимых выбросов и значений предельных концентраций при неблаго-

Таблица 2

Характеристика сорбентов на основе УСО

Натшенование показателей

Значения показателей

Фракционный состав, мм

1-5

.'.'лссовая доля фракций, превысаваих указан- не более 15

ные верхние и нижние пределы, %

Плотность, г/см3 не менее 1,5

»¡ежзерновая пористость, % не менее 40

Механическая прочность:

- истираемость, % не более 0,5

- измельчаемость, % не более 4,0

Химическая стойкость: п

- прирост сухого остатка, мг/л не более 20

- прирост окисляемости (пс-рмзлганатной), не более 10

мг/л

Массовая доля золы, % не более 15

Массовая доля влаги, % не более 10

Сорбционная ёмкость по иоду, % не менее 30

приятных условиях. Так, максимальные значения приземных концентраций на расстоянии Хм = 489,6 м при отсутствии системы газоочистки составляют:

См30' CmNOí

. H'iS;

См' См

со

• Затраты на получение I т

- 0,0345 мг/ti ; -.0,00289 мр/М3-; i 0,0105 uv/u ;

- 1,143 мг/м3.

сорбента методом парогазовой

активации при использовании-специальной установки - 377 руб. (в ценах 1991 г.).

Затраты на активацию 50»Ю3 т УСО в год составят 18850 тыс. рублей. 3 то же время годовая плата за хранение и втра-фы за ушерб природе оцениваются в 650410 руб. При реализации сорбентов по 600 руб./т. завод может получить доход 11800410руб.

Таким ооразоы.ликвидация УСО путём их' активации позволит получить относительно дешевый ссрбционный материал, снизить обшее количество выбросов НЭЗ путем ликвидации крупного неорганизованного источника (выбросы при активации УСО должны направляться в общезаводскую систему газоочистки и на увеличении выоросов из стационарного источника практически не скажутся), отпадет необходимость ежегодного отторжения территорий под отвалы.

Использование сорбентов на основе УСО осуществлено на ПО "Заря", г.Киев. В цехе офсетной печати при промывке полиграфического оборудования образуются стоки, содержащие краситель фирмы "Салолин".

Объём стоков составляет до 400 л в сутки, интенсивность окраски по разведению колеблется в пределах 1:250 - 1:980, содержание органических загрязнений (по ХПК) - 900-3200 мг О/л.

Опытно-промышленная* установка, рассчитанная по уточненной нами методике, представляет собой бакгадсорбер, оборудованный системами перемешивания вод и подачи воздуха.

Сточные воды подаются в верхнюю часть бака-адсорбера и по системам перфорированных труб распределяются над загрузкой, упакованной в кассеты. Кассеты расположены на колосниковой решетке, под которой находится система распределения воздуха. Сточные вода забираются из нижней части бака-адсорбера и перекачиваются в его верхнюю часть,, где по системе перфорированных труб вновь распределяются над загрузкой.

Сточные вода в течение сиены периодически заливается в бак (по мере необходимости опорожнения промывных ванн). По окончании смены а бак-адсорбер подается воздух и производится механическое перемешивание. Очистка осуществляется ч течение 20 минут (без применения аэрации продолжительность очистка увеличивается до 1,5 часов).

Очисокные стоки характеризуются полным отсутствием окраски, ХПК - до 500 мг О/Л. Регенерацию сорбента необходимо проводить, в среднем, через 1,5 месяца

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Разработана экотехнология получения и применения моди-

фикацпп сорбциопного материала на основе углеродсодержа-щпх отходов электродных производств для очистки сточных вод от химических загрязнении различной природы.

2. Изучены п обоснованы механизмы сорбции ряда химических веществ, на основе которых разработаны методики выбора и оптнмалыюго режима активации сорбентов.

3. Установлены физико-химические и механические показатели сорбентов па основе УСО, изучены сорбциоппые характеристики для ряда веществ, а также доказана токсикологическая приемлемость сорбентов.

4. Разработаны рекомендации для промышленной активации УСО и ТУ 2069127 00001 01 па их производство.

5. Определен состав выбросов и возможное негативное влияние на окружающую среду при их рассеивании при активации сорбентов в промышленных масштабах-

6. Эколого-экопомнческим анализом обоснована целесообразность получения и применения сорбентов па основе уг-леродсодержащпх отходов электродных производств.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Использование отходов электродных заводов в технологических процессах очистки вод /И. С. Серпокрылов, П. В. Веселовская, В. А. Ко-ломнец н др. //Синтез неорганических сорбентов и применение их для очистки сточных вод: Тез. докл. — Челябинск, 1990. — -58 с.

2. Положительное решение па заявку 4945234/26 (049523). Способ получения активного угля /Н. С. Серпокрылов, Е. В. Веселовская, В. Л. Коломпеп, и др. — Принято 13.06.91 г.

3. Серпокрылов Н. С., Веселовская Е. В. Структура и адсорбционные свойства сорбента из углеродсодержащпх отходов электродных производств. /Изв. СКНЦ ВШ. Сер. техн. науки. — 1992.

4. Серпокрылов Н. С., Веселовская Е. В. Использование материалов отвалов электродных заводов в технологических процессах очистки воды //Очистка природных неточных вод: Сб. тр. /РГАС—Ростов-п/Д, 1992.— С. 34—41.

5. Юсупов М. С., Веселовская Е. В. Об очистке и доочистке нефте-содержащих сточных вод па новых фильтрующих материалах //Очистка природных и сточных вод: Сб. тр. /РГАС—Ростов-п/Д, 1992.—С. 21—23.

6. Положительное решение на заявку 5024261. Способ сорбциониой очистки окрашенных сточных вод /II. С. Серпокрылов, Е. В. Веселовская и др. — Принято 21.02.92 г.