автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Разработка малоотходной безреагентной технологии очистки сточных вод от водно-дисперсионных лакокрасочных материалов

На правах рукописи

Потоловский Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНОЙ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВОДНО-ДИСПЕРСИОННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.23.04-Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

18 АПР 2013

005052085

Волгоград - 2013

005052085

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Москвичева Елена Викторовна

Голованчиков Александр Борисович ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Процессы и аппараты химических производств»

кандидат технических наук Винников Александр Лукьяновнч

ОАО «Волгоградский завод железобетонных изделий № 1 ».главный эколог

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новочеркасская

государственная мелиоративная академия»

Защита состоится 29 апреля в 13 м часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1(корп. Б ауд. 203).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Автореферат разослан 28 марта 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Фокин Владимир Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Эффективное использование воды на промышленных предприятиях возможно при наличии единой системы водного хозяйства, включающей водоснабжение, водоотведение, очистку сточных вод, их подготовку для технического водоснабжения, исключающей сброс в водные объекты и городские канализационные сети, дальнейшее использование компонентов - загрязнителей, в качестве вторичного сырья.

Анализ литературных данных показывает, что очистка сточных вод на большинстве предприятий, выпускающих водно-дисперсионные лакокрасочные материалы, осуществляется путем обработки коагулянтами с последующим осветлением стоков отстаиванием. Это ведет лишь к частичной очистке сточных вод, которые требуют доочистки.

В рассматриваемой отрасли на большинстве предприятий отсутствуют замкнутые системы водоснабжения на основе малоотходных технологий, позволяющие не только многократно использовать в производстве очищенную воду, а также выделенные загрязнители в качестве вторичного сырья.

Данная работа рассматривает и решает ряд обозначенных проблем, что подтверждает ее актуальность.

Работа проводилась в соответствии с комплексной Федеральной целевой программой «Чистая вода» (2011-2017 гг.), Федеральной целевой программой «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах», Областной целевой программой «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование на территории Волгоградской области» (2010-2013 гг.), и с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Работа выполнена в соответствии с пунктами 3,4,10 паспорта специальности 05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов.

Цель работы. Разработка малоотходной безреагентной технологии очистки сточных вод от водно-дисперсионных лакокрасочных материалов (ВД-ЛКМ), позволяющая реализовать систему локального замкнутого водоснабжения и полностью использовать в качестве вторичного сырья извлеченные загрязнители.

Поставленная цель предопределила постановку следующих задач: -анализ и обобщение отечественных и зарубежных научных достижений в области водоснабжения и водоотведения предприятий выпускающих ВД-ЛКМ;

-теоретическое и экспериментальное исследование в лабораторных условиях факторов, влияющих на эффективность очистки сточных вод от ВД-ЛКМ известными безреагентными методами;

-экспериментальный поиск безреагентного метода очистки сточных вод от ВД-ЛКМ;

-выявление оптимальных условий безреагентной очистки, не приводящих к изменению химического состава загрязнителей;

-разработка физико-химического способа по извлечению компонентов-загрязнителей из сточных вод производства ВД-ЛКМ;

-определение области повторного применения выделяемых компонентов-загрязнителей. Основная идея работы состоит в снижении водопотребления на предприятиях, выпускающих ВД-ЛКМ, за счет внедрения локальной замкнутой системы водоснабжения с использованием разработанной безреагентной технологии.

Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и полупромышленные исследования с использованием физико-химических методов анализа, обработку экспериментальных данных математическими методами с применением ПЭВМ.

Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными исследованиями по стандартным методикам с применением приборов и оборудования, обеспечивающих требуемую точность и надежность результатов измерений, а также результатами выполненных в лабораторных и производственных условиях с расчетными зависимостями в пределах погрешности Д=±9% при установленной доверительной вероятности р=0,95.

Научная новизна:

-на основе теоретических предпосылок и экспериментальных исследований выявлены особенности фазово-дисперсного и физико-химического составов загрязнений сточных вод производства ВД-ЛКМ, позволившие обоснованно провести дальнейший эксперимент;

-впервые установлена и экспериментально подтверждена целесообразность двухстадийной очистки рассматриваемых стоков, на основе температурных, механических и электрохимических факторов;

-выявлены условия, при которых максимально сохраняется качественный и количественный состав компонентов-загрязнителей на основе безреагентного разрушения седиментационной и агрегативной устойчивости ВД-ЛКМ: одновременное воздействие изменяющейся температуры и интенсивного перемешивания за один цикл обработки;

-исследованы и предложены параметры электрохимической обработки, которые обеспечивают максимальную степень очистки сточных вод от ВД-ЛКМ (второй этап очистки), до уровня, отвечающего соответствующим нормативным требованиям;

-изучены, обоснованы и экспериментально подтверждены условия переработки выделенных загрязнителей из рассматриваемых сточных вод и дальнейшее их применение в строительной индустрии.

Практическое значение работы:

-представлена малоотходная безреагентная технология очистки сточных вод производства ВД-ЛКМ с полным извлечением содержащихся компонентов-загрязнителей;

-изготовлена пилотная установка, на которой возможно осуществление операций: отстаивание сточных вод, разрушение устойчивости дисперсной системы, вторичное отстаивание;

-разработаны рекомендации по использованию выделенных веществ-загрязнителей в качестве вторичного сырья в лакокрасочной и строительной индустрии;

-дана эколого-экономическая оценка предложенной замкнутой системы водоснабжения производства ВД-ЛКМ: более 70% очищенной воды возвращается на повторное использование, компоненты-загрязнители полностью переходят в разряд вторичного сырья, в результате исключается антропогенное воздействие на окружающую среду.

Реализация результатов работы. Разработанная технология очистки сточной воды от ВД-ЛКМ с полным извлечением компонентов-загрязнителей внедрена на предприятии ООО «Ремонтно-механические мастерские» и ООО «Дельта» г. Волгограда (акты внедрения прилагаются).

Результаты диссертационной работы использованы кафедрой «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение», как пример комплексной технологии очистки сточных вод лакокрасочных предприятий.

Основные положения, выносимые на защиту:

-результаты исследований процесса температурного и механического разрушения седиментационной и агрегативной устойчивости сточных вод содержащих компоненты ВД-Л КМ;

-результаты исследований процесса электрохимической обработки сточных вод;

-технологическая схема очистки сточных вод от ВД-ЛКМ, снижающая водопотребление;

-рекомендации по применению выделенных загрязнителей в качестве вторичного сырья;

-эколого-экономическая оценка разработанной технологии очистки сточных вод.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: XV, XVI, XVII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области. По направлению № 16 «Архитектура, строительство и экологические проблемы» ВолгГАСУ,( 2010-2012гг.); на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов ВолгГАСУ,(2011-2012г.); на круглом столе посвященному Дню Волги в рамках проекта программы развития ООН и Глобального

экологического фонда «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Нижней Волги» (г. Волгоград, 20 мая 2011г.);1 Международном форуме молодых ученых, студентов и школьников «Потенциал интеллектуально одаренной молодежи-развитию Каспия», XX научно-технической конференции молодых ученых, студентов и школьников «Научный потенциал молодёжи - в развитии инвестиционно-строительного и жилищно-коммунального комплексов Прикаспия» в секции «Безопасность в техносфере», «Комплексное и рациональное использование природных ресурсов» (г. Астрахань,21 -26 мая 2012г.); Международной конференции посвященной 60-летию образования вуза. Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство (г. Волгоград, ВолгГАСУ, 18-19 сентября 2012);Второй межрегиональной научно-практической конференции. «Водные ресурсы Волги: история, настоящее и будущее, проблемы управления» (г. Астрахань,25-27 октября 2012г.);на межрегиональных специализированных выставках (2010-2012 гт.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 19 печатных работ, в том числе 8- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании, постановке и непосредственном проведении исследований, анализе полученных результатов и их обобщении, разработке технологии и её внедрения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы, приложения. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц, 30 рисунков, список литературы из 125 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель работы, научная новизна, практическая значимость и сведения об апробации результатов работы.

В первой главе произведен обзор существующих и используемых методов очистки сточных вод, загрязненных ВД-ЛКМ, проанализированы отечественные и зарубежные работы по очистке подобных сточных вод методами коагуляции, флотации, ультрафильтрации, обратного осмоса.

Как показывает анализ литературных данных, основным методом очистки сточных вод, содержащих ВД-ЛКМ, является использование коагулянтов. Однако, в результате использования коагуляции происходит потеря ценных компонентов, не решен вопрос о дальнейшей утилизации продуктов коагуляции.

Большой вклад в решение вопроса очистки сточных вод от компонентов ВД-ЛКМ внесен отечественными учеными В.Н. Швецовым, Л.В. Гандуриной, В.И. Кичигиным,

А.В.Сахарновым, Н.С. Серпокрыловым, А.М.Когановским, В.А.Жужиковым и многими другими.

Сточные воды, содержащие компоненты ВД-JIKM, образуются при мытье оборудования. Более 70% потребляемого предприятиями объёма воды теряется при мытье диссольвера. Компоненты ВД-ЛКМ целесообразно выделить из сточных вод и использовать в качестве вторичного сырья. Однако, на сегодняшний день, не разработана экономичная малоотходная технология, которая решит обозначенную проблему.

Вышеизложенное, показывает целесообразность исследований, направленных на разработку доступного и эффективного способа очистки сточных вод от ВД-JIKM, который позволили бы осуществлять возврат воды в производство, а содержащиеся в воде компоненты использовать в качестве вторичного сырья при максимальной простоте аппаратурного оформления.

Во второй главе были определены объекты, выбраны методики и аппаратура для исследований.

Изучение процесса очистки проводилось на реальных сточных водах и модельных растворах.

Количественный и качественный химический состав исследуемых сред проводили с использованием приборов: хроматограф «1022 LC PLUS»; масс-спектрометр «Vanan МАТ-111 », спектрофотометр ПЭ 5300В, портативный измеритель минерализации, иономер лабораторный И 160, рН-метр рН-410.

Для анализа эффективности очистки проводилось измерение в нефелометрических единицах мутности NTU с помощью турбидиметра фирмы НАСН.США типа 2100 AN.

При разработке метода очистки рассматриваемых сточных вод был создан стенд для исследования процесса разрушения дисперсии, отстаивания и электрохимической обработки.

При исследовании электродных процессов использован метод снятия поляризационных потенциостатических кривых в обрабатываемых сточных водах с использованием потенциостата ПИ-50-1.1 в комплекте с программатором и двухкоординатным регистрирующим прибором ПДА 1.

Производственной площадкой для испытаний, являлось предприятие ООО «Термалком» в г. Волгограде.

На рисунке 1 представлена усредненная балансовая схема для подобных производств, где более 70% используемых вод загрязняются и сбрасываются в городские канализационные сети без очистки. Физико-химический состав рассматриваемых сточных вод представлен в табл.1.

Рис.1. Усредненная балансовая схема водопотребления при производстве ВД-ЛКМ.

Таблица 1-Физико-химический состав сточных вод производства ВД-ЛКМ

Наименование компонентов-загрязнителей Концентрация ,г/л ПДК, мг/л Класс опасности Состояние в воде Размер частиц,мкм Мутность, жи

Стирол-акриловая дисперсия (дисперсия сополимера н-бугалакрилата и стирола) 57,95 0,01 3 не раств. 0,10,15 4875

Диспергатор(полифосфат натрия Ыа^РбОи) 5,5 3,5 3 раств. -

Коалесцент (уайт -спирит, Сю^Нг^о) 7,75 - 4 раств. -

Консервант (формальдегид,СНгО) 0,5 0,05 2 раств. -

Пеногаситель (минеральное масло ИД-20) 5,5 - 3 не раств. -

Алюмосиликатные полые микросферы (ЗЮ2: 50-60%; АЬ0з:25-35%;Ре20з:1,5-2,5%; СаО: 0,1-1,5%; Мя<Э: 0,1-1,5%;К20:0,2-2,9%; №20:0,3-1,5%.) 20,72 4 не раств. 10-125

Диоксид титана (ТіОг) 10,75 0,1 4 не раств. 0,3-0,4

Мел (кальцит,СаСОз) 9,55 не раств. 2-4

Численные значения обозначенных параметров (объёмы, степень загрязнения, состав) взяты в качестве контрольных цифр при проведении экспериментальных исследований.

Полученные экспериментальные данные обработаны известными методами статистики и планирования эксперимента с помощью лицензионного программного обеспечения. Достоверность исследований достигается использованием парка сертифицированных приборов и оборудования, обеспечивающих достаточную точность при испытаниях.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям в соответствии с поставленными задачами. На первом этапе исследовали условия образования, объемы, химический состав сточных вод производства ВД-ЛКМ. Анализ растворов был проведен в трех

лабораториях: лаборатория предприятия, кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ВолгГАСУ, канализационных городских очистных сооружений г. Волгограда.

На основании анализа полученных данных, установлено: в рассматриваемых сточных водах содержатся стирол-акриловая дисперсия, функциональные добавки (диспергатор, коалесцент, консервант, пеногаситель), наполнитель (алюмосиликатные полые микросферы) и др. загрязнители, в концентрациях превышающих соответствующие нормы в десятки раз (табл. 1).

На следующем этапе исследования осуществлен экспериментальный поиск условий, позволяющих очистить сточные воды с целью повторного использования очищенной воды и выделенных компонентов.

В рассматриваемом производстве, в процессе технологического цикла получения ВД-ЛКМ, компоненты, в образовавшихся сточных водах сохраняли свой химический состав, который был идентичен продукции ВД-ЛКМ. Что стало определяющим при проведении эксперимента. Требовалось разрушить водную дисперсию при условии сохранения химического состава содержащихся веществ.

Согласно литературным данным, высокие температуры снижают стабильность полимерных дисперсий: при повышении температуры число и энергия соударений частиц возрастают и, таким образом, тенденция системы к коагуляции увеличивается. При понижении температуры ниже замерзания водной фазы, в большинстве случаев полимерные дисперсии коагулируют или агрегирует необратимо.

В виду высокой концентрации загрязнителей, физико-химических свойств и многокомпонентности сточных вод (табл.1), весь процесс очистки разбит на два этапа.

На I этапе определялись оптимальные условия нарушения устойчивости водной дисперсии и выделения мелко и крупнодисперсных веществ в процессе отстаивания.

Поиск условий осуществлялся с использованием модельных и реальных растворов (табл.2). Восемь модельных растворов, охватывают перечень заявленных загрязняющих компонентов, весь диапазон их концентраций. Так же учитывалась возможность взаимного влияния загрязняющих компонентов в составе единой дисперсной системы.

В результате были получены доказательства, подтверждающие устойчивость дисперсной системы в процессе отстаивания (рис. 2).

Это объясняется тем, что значительная часть загрязнений представлена в воде мелкими частицами, которые, как правило, обладают высокой устойчивостью.

Таблица 2-Составы растворов для определения нарушения устойчивости водной

дисперсии

№ п/п Состав растворов Концентрация, г/л Мутность, эти

Модельные растворы

1 Стирол-акриловая дисперсия; На^Оц; Сю,5Н21,о; СН20; ИД-20; Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОэ 45,0; 3,5; 4,7; 0,24; 3,8; 11,5;5,7;3,3 4770-4775

2 Стирол-акриловая дисперсия; Ыа^Ои; Сю^Нг^о; СН20; ИД-20; Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 57,95; 5,5; 7,75;0,5; 5,5;20,72;10,75;9,55 4875-4879

3 Стирол-акриловая дисперсия; Ыа$Р6Оц; Сю,5Н21,<>; СН20; ИД-20; Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 70,4; 7,5; 10,8; 0,76; 7,2;30,3;15,8;15,8 4950-4953

4 Стирол-акриловая дисперсия; 57,95 4215

5 Стирол-акриловая дисперсия; Сю^Нц.о; 57,95; 7,75; 4215

6 Стирол-акриловая дисперсия; NaePtO.ii; Сю.зНг],»; СН20; ИД-20; 57,95; 5,5; 7,75;0,5; 5,5 4250

7 Стирол-акриловая дисперсия; Na4P6Ols;Aлюмocиликaтныe полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 57,95;5,5;20,72;10,75; 9,55 4725

8 Стирол-акриловая дисперсия; Иа^РбОц; Сю^Н2|.о;Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 57,95;5,5; 7,75;20,72;10,75;9,55 4725

Реальные растворы

9 Стирол-акриловая дисперсия; Ыа^РбОц; Сю^Н21,о; СН20; ИД-20; Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 45,0; 3,5; 4,7; 0,24; 3,8; 11,5;5,7;3,3 4770-4775

10 Стирол-акриловая дисперсия; На«Р6Ои; Сю^Н^о; СН2и; ИД-^и; Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 57,95; 5,5; 7,75;0,5; 5,5 ;20,72; 10,75 ;9,55 4875-4879

И Стирол-акриловая дисперсия; N3^60,8; Сю^Нг!,«; СНгО; ИД-20; Алюмосиликатные полые микросферы; ТЮ2; СаСОз 70,4; 7,5; 10,8; 0,76; 7,2;30,3;15,8;15,8 4950-4953

Рис.2. Зависимость эффекта очистки от времени отстаивания при температуре 20°С: (1-8-модельные растворы).

Седиментационная устойчивость обусловлена броуновским движением частиц, а агрегативная-присутствием в дисперсной системе стабилизатора, который не дает объединяться частицам в агрегаты, т.е. не слипаться и сохранять первоначальный размер.

Известно, что границей для метода отстаивания являются частицы размерами 5-10 мкм. Из выше сказанного следует, что для безреагентного извлечения устойчивых загрязняющих

компонентов необходимо определить условия разрушения дисперсной системы и укрупнения мелкодисперсных частиц.

Далее были проведены исследования оптимальных условий разрушения дисперсной системы под действием физико-химических факторов (перемешивание, нагревание, охлаждение, изменение рН), как наиболее приемлемых для предотвращения вторичного загрязнения воды коагулирующими добавками.

Установлено что, увеличение температуры исследуемых растворов от 20 до 50° С оказывает существенное влияние на скорость и эффективность очистки, что объясняется десорбцией стабилизатора с поверхности частицы и увеличением броуновского движения. Оба эти фактора способствуют преодолению энергетического барьера при столкновении частиц, следствием чего является коагуляция мелкодисперсных частиц полимера. Дальнейшее повышение температуры нагревания приводит к изменению химического состава исследуемых растворов и выделенных загрязнителей. Таким образом, экспериментально определено (рис.3), что при температуре 50°С и продолжительности нагревания 15 мин. был достигнут оптимальный эффект очистки.

Установлено, что при снижении температуры исследуемых растворов от 5 до -5°С дисперсная система теряет стабильность. При замораживание постепенно образуются кристаллики воды, в результате чего в оставшейся незамёрзшей части дисперсной системы происходит концентрирование частичек, сближение и как следствие образование коагулята. Данная закономерность верна только в отношении мелкодисперсной части рассматриваемой системы.

Определены, оптимальная температура -1°С и время пребывания в замороженном состоянии равное 20 мин. Определена эффективность очистки растворов в результате замораживания (рис.4).Снижение температуры растворов ниже -1°С является не эффективным. Эффект очистки определялся после оттаивания растворов при температуре от 10 до 18°С.

Выявлено, что в результате механического воздействия при интенсивном перемешивании частицы коагулируют. Определены градиент скорости перемешивания

20 30 40 50 60 т, мин.

Рис.З.Зависимость эффекта очистки от времени отстаивания (Т=50 С,т=15мин): 1-8- модельные растворы.

0=600 с"1 и продолжительность перемешивая т =30 мин. Причины коагуляции обусловлены временным нарушением адсорбционного баланса стабилизатора у поверхности коллоидной частицы. Такие дестабилизированные частицы получили возможность сблизится на расстояние действия молекулярных сил и вследствие этого слипаются друг с другом. Однако размер образовавшихся агрегатов остается достаточно небольшим, чтобы вызвать полную потерю седиментационной устойчивости системы. Более высокие скорости перемешивания вызывают вспенивание и разрушение агрегатов частиц. В результате механического воздействия определен эффект очистки после отстаивания (рис. 5).

50

40

я 30

I

& 20 &

•е-« 10

о

\

Г Ьа

ш У/ I

10

20 30 40 I, мин.

-ш—2 —3 — б —1—7

50

60 -4

Рис.4.3ависимость эффекта очистки от времени отстаивания (Т=-1°С,т=20 мин): 1-8-модельные растворы.

Рис.5.3ависимость эффекта очистки от времени отстаивания после перемешивания(С=600с"1,х=30мин.): 1-8-модельные растворы.

Изменение рН исследуемых растворов от 3 до 8,5 не выявило желаемых результатов очистки.

Следует отметить, что коалесцент действует на полимерные частицы как размягчителъ, в результате этого идет лучшее образование агрегатов, поэтому эффект очистки модельного раствора №5 выше. Присутствие пеногасителя и разнородных частиц коллоидной степени дисперсности ослабляет общий эффект коалесцента.

На основании обобщения полученных экспериментальных данных (рис.2-5) выяснены механизмы разрушения устойчивости дисперсной системы, которые легли в основу реализации технологии циклического метода обработки растворов. Цикл обработки начинается со снижения температуры стоков до -1С0 .Время пребывания в замороженном состоянии 20 мин. Далее раствор нагревается до 50°С при интенсивном перемешивание (С=600с'1,т=30мин). При повышении температуры раствора до 50°С, прогрев осуществляется в течение 15 мин. Завершающим этапом является отстаивание в статических условиях в течение 30 мин.

Из приведенных результатов (рис.6) следует, что эффект очистки от стирол-акриловой дисперсии (модельный раствор №4) составляет 98%,эффект очистки модельных растворов №13 составляет 90%. Как показывают результаты опытов (рис.7.), проведенные на реальных растворах, эффективность очистки достигает 90%.

V®

100 90 80 70 1 60 о 50

в

& 40 -е<

П 30 20 10 о

р1

/

///

1

і

І

0

/ 1(1

/

/

1 1 — N

10 20

30 40 т, мин.

50 60 70

Рис.б.Зависимость эффекта очистки от времени отстаивания после циклической обработки 1-8-модельных растворов

Рис.7.3ависимость эффекта очистки от времени отстаивания после циклической обработки 9-11 -реальных растворов ■

Полученные данные (табл.3) свидетельствуют о практически полном извлечении мелкодисперсных частиц, однако остаточная концентрация загрязняющих веществ не позволяет использовать очищенные воды в технологическом цикле, требуется доочистка (II этап).

Таблица З-Химический состав фракций, образовавшихся на I этапе очистки

Наименование загрязнителя Концентрация г/л Мутность, лти

Пена

Алюмосиликатные полые микросферы 20,5 -

Водная фракция

N^0,8 ;Сіо.5Н2і,о ;ИД-20;СН20;ТЮ2;Стирол-акриловая дисперсия 5,1;7,3;5,1;0,4;1,0;0, 7 50

Осадок (коагулят)

Стирол-акриловая дисперсия; СаСОз; ТЮ2 ;Сі0,5Н2і,0 57,0;9,3;9,0;0,05 -

На II этапе исследований определялись условия обработки водной фракции с целью возврата воды в оборотную систему водоснабжения. Исследования проводились на основе электрохимического метода, который подразумевает анодную деструкцию растворенных

органических веществ с образованием сначала органических кислот, а затем углекислого газа и воды. Доочистка от мелкодисперсных частиц под действием электрического тока проходит с разрушением их электростатической стабилизации, что приводит к образованию более крупных частиц, которые выпадают в осадок.

Определены параметры электрохимической обработки: материал электродов, рабочая плотность тока, время обработки, температура. Исследования проводились на модельных и реальных растворах.

Лабораторная установка включала в себя измерительные приборы, электролизные ячейки с ионообменными мембранами. Над электролизной ванной был установлен воздушный фильтр для поглощения газообразных продуктов электролиза.

На основе проведенных исследований (рис.8) и (рис.9) были определены оптимальные плотность тока и материал анода.

О 1,1 13 1,5 1.7 1.9 2.1 м 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 потенциал, В

100 г- И ¡1 1 Н N И н И '"I

> г> И Г"

1 [1 г1 > п

/ и г* г

А У/

у у, 1

0 V

2

[

1

7 9 10

^ мин.

Рис. 8. Зависимость плотности тока от Рис. 9. Зависимость степени очистки от

потенциала окисления (на модельном материала анода (на модельном растворе

растворе №2);1 - платиновый анод; 2 - №2), плотность тока 1,2 А/дм , время

графитовый анод;3 - анод из нержавеющей обработки 10 мин.): 1-платина; 2

стали. нержавеющая сталь.

от 2-

В качестве анодного материала была выбрана нержавеющая сталь. Рекомендуемое соотношение площади

Банода: §катода — 10.1.

На основе анализа зависимостей степени очистки от плотности тока (рис.10) выбран интервал рабочей плотности тока:

0 0,5 0,6 0,7 0,8 ¡, А/дм2

Рис.10. Зависимость степени очистки плотности тока: 1-модельный раствор; модельный раствор;3-реальный раствор

Из .анализа полученных зависимостей (рис. 11) можно сделать вывод, что оптимальная

величина времени электрохимической обработки сточных вод, составляет 10 минут.

¡= 0,5 -т- 0,7 А/дм2.

Рис.11. Зависимость степени очистки от времени обработки: 1-модельный раствор;2-модельный раствор;3-реальный раствор

Анализ зависимости степени очистки от рН среды (рис.12) показывает, что максимальный эффект очистки достигается в среде, близкой к нейтральной.

100

90

£ 80 с

70 60

% ¡"1

/ > р— у* 1 а

У В,

-1 -2 3

ь?

рН

Рис. 12. Зависимость степени очистки сточных вод от рН:

1 - концентрация ИД-20-5,1 г/л;

2 - концентрация СН20 -0,4 г/л;

3 - концентрация Сю,5Н21,о-7,3 г/л.

На основании математической обработки результатов экспериментов получены оптимальные параметры процесса разрушения устойчивости дисперсии и электрохимической очистки сточных вод содержащих ВД-ЛКМ.

Для очистки рассматриваемых сточных вод была разработана конструкция промышленной установки по разрушению устойчивости дисперсной фазы сточных вод (рис.13).

Рис.13.Установка по разрушению устойчивости водной дисперсии:1 -поворотная кран балка; 2-сьемный электродвигатель;3-мешалка;4-герметичный бак-отстойник;5-направляюшие элементы;6,7-холодильная установка;8-подставка для отстойника;9,10-нагревательная установка;! 1-инфракрасные лампы.

Обработка сточной воды осуществляется следующим образом: герметичный бак-отстойник объёмом 50 литров опускается в блок охлаждения с помощью кран-балки. После чего створ блока закрывается и начинается цикл обработки по ранее полученным параметрам. Показания датчиков выводятся на экран блока управления. После завершения цикла

охлаждения бак-отстойник опускают в блок нагревания. После завершения каждого цикла обработки сточная вода отстаивается в статических условиях. Всплывающие примеси удаляются скребковым механизмом. Осадок удаляется через выпуск расположенный на дне бака-отстойника. Осветленная вода, после второго цикла обработки, отводиться по патрубку расположенному в нижней части бака-отстойника и отправляется на доочистку (И этап очистки).

На рисунке 14 представлена технологическая схема малоотходной безреагентной очистки сточных вод от компонентов ВД-ЛКМ, которая позволяет реализовать оборотную систему водоснабжения и снизить водопотребление на 70%.До 95% выделенных компонентов-загрязнителей переходят в разряд вторичного сырья.

Рис.14.Технологическая схема малоотходной безреагентной очистки сточных вод от ВД-ЛКМ: I этап очистки; II этап очистки;1-производство ВД-ЛКМ;2-отвод сточных вод;3-первичное отстаивание;4-разрушение устойчивости компонентов ВД-ЛКМ в сточных водах (понижение температуры, перемешивание);5-разрушение устойчивости компонентов ВД-ЛКМ в сточных водах (нагревание, перемешивание);б-накопление очищенных сточных вод после I этапа очистки;7-очистка сточных вод электрохимическим способом (электролизная установка);8-вторичное отстаивание;9-возврат очищенной сточной воды на технологические нужды (мойка оборудования);10-извлечение всплывающих примесей; 11-консервирование (хранение); 12-подготовка для вторичного использования;! 3-возвращение в производство;14-применение в других областях (при производстве легких бетонов); 15-извлечение оседающих примесей; 16-подпитка чистой водой.

В четвертой главе исследован состав и свойства образующихся отходов на I и II этапах очистки с целью их дальнейшего использования в качестве вторичного сырья в лакокрасочной и строительной индустрии. Стирол-акриловое связующее, после выделения из сточных вод,

сохранило свои пленкообразующие свойства, что позволяет возвратить его в производство ВД-ЛКМ (табл.4),а так же рекомендовать его при изготовлении мастик и пластифицирующих добавок. Выделенные наполнители можно использовать при производстве легких бетонов и теплоизоляционных покрытий.

Таблица 4-Свойства покрытия водно-дисперсионной краски на основе выделенного из сточных вод стирол-акрилового связующего

Свойство ВД-ЛКМ (на основе вторичного сырья) ВД-ЛКМ (контрольный образец)

Адгезия + ++

Проницаемость -

Эластичность ++ +++

Атмосферостойкость + ++

Ремонтируемость +++ +++

Укрывистость + ++

*- низкое значение,+ удовлетворительное,++ хорошее,+++ очень хорошее

В пятой главе дано технико-экономическое обоснование работы, в которой впервые устранен фактор загрязнения окружающей среды высокотоксичными компонентами сточных вод производства ВД-ЛКМ, а содержащиеся компонента-загрязнители переведены в группу вторичного сырья. Определен суммарный экономический эффект от внедрения в цехах окраски на предприятиях ООО «Ремонтно-механические мастерские» и ООО «Дельта» г. Волгограда (акты внедрения прилагаются).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи - очистки сточных вод производства ВД-ЛКМ по малоотходной безреагентной технологии, включающей увеличение доли повторного использования сточной воды, сбережение водных ресурсов и повторного использование выделенных веществ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1.Изучены особенности фазово-дисперсного и физико-химического составов загрязнений сточных вод производства ВД-ЛКМ, позволившие обоснованно провести дальнейший эксперимент.

2.0босновано и экспериментально подтверждено влияние физических факторов (нагревание, охлаждение, механическое перемешивание) на седиментационную и агрегативную устойчивость компонентов ВД-ЛКМ в сточных водах.

3.Доказана целесообразность второго этапа доочистки сточных вод на основе электрохимической обработки.

4.Разработана малоотходная безреагентная технология очистки сточных вод производства ВД-JIKM: реализация которой позволяет более 70% очищенной воды возвратить на повторное использование; полностью исключить образование отходов при очистке, компоненты-загрязнители перевести в разряд вторичного сырья для использования в строительной индустрии при производстве легких бетонов, пластифицирующих добавок, мастик.

6.Изготовлена пилотная установка, позволяющая проводить полупроизводственные испытания для корректировки разработанных рабочих параметров в конкретных условиях.

7.Разработанная технология внедрена на ряде предприятий Волгоградской области. Суммарный экономический эффект от внедрения составил 500 тыс.руб. в год. (акты внедрения прилагаются).

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах и изданиях, определенных ВАК РФ

1 .Потоловский, Р.В. К вопросу о системе качества воды [Текст] /А.А.Болеев,Р.В.Потоловский и др.//Вестник Волгогр.гос.архит.-строит.ун-та. Сер.:Стр-во и архит.2012.Вып.26 (45).С.138-143.

2.Потоловский, Р.В. Особенности очистки сточных вод, содержащих водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения (ВД-ЛКМ) [Текст] / Р.В.Потоловский.Е.В.Москвичева и др.//Вестник Волгогр.гос.арх.-строит.ун-та.Сер.:Стр-во и архит.2011 .Вып. 25(44).С.294-299.

3 .Потоловский, Р.В. Исследования внутренней коррозии канализационных трубопроводов [Текст] / A.A. Болеев, Р.В. Потоловский, Е.В.Москвичева и др. //Вестник Волгогр.гос.арх.-строит.ун-та. Сер.: Стр-во и архит.2011.Вып. 25(44).С.300-305.

4.Потоловский, P.R Комплексная оптимизация и управление системами водоотведения [Текст] / А.И. Бурханов, Р.В .Потоловский и др.// Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.:

Политематическая. 2012. Вып. 1(20).

5.Потоловский, Р.В. Математическое моделирование процессов очистки сточных вод и обработки осадков на городских очистных сооружениях канализации [Текст] / С. М. Мусаелян, Р. В. Потоловский и др. И Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2012. Вып. 1(20).

6.Потоловский, Р.В. Исследование закономерностей адсорбции молекул воды и коррозии медьсодержащих поверхностей [Текст] / Ю. Ю. Юрьев, Р.В.Потоловский и др.// Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2012. Вып. 1(20).

7.Потоловский, Р.В. Управляемая система «Городские очистные сооружения канализации» и ограничения, устанавливаемые на ее основные параметры [Текст] / Ю. Ю.

Юрьев, Р. В. Потоловский и др.// Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2012. Вып. 1(20).

8.Потоловский, Р.В. Обоснование выбора рациональной системы водоотведения и определение ее параметров [Текст] /Ю.Ю.Юрьев, Р.В.Потоловский и др.// Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2012. Вып. 1(20).

Отраслевые издания и материалы конференций

9.Потоловскнй, Р.В. Некоторые особенности очистки сточных вод от водорастворимых полимеров [Текст] / Р.В.Потоловский, Д.И.Журкин и др. // XVI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Тезисы докладов. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2011.-С. 57-58.

10.Потоловский, Р.В. Разработка способа очистхи городских сточных вод от азота и фосфора [Текст] /С.И.Мойжес, А.А.Болеев,Р.В.Потоловский// XVI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Тезисы докладов. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2011.-С. 25-27.

11.Потоловский, Р.В. Способ очистки сточных вод, содержащих водорастворимые полимеры [Текст] /Р.В. Потоловский, А.А.Войтюк // XV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Тезисы докладов. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. - С. 22-23.

12.Потоловский, Р.В. Исследования по извлечению взвешенных веществ из сточных вод производства водно-дисперсионных лакокрасочных материалов на каркасно-засыпном фильтре [Текст] /Р.В. Потоловский,П.Ф.Юрин,Е.С.Никитин// Водные ресурсы Волга: история, настоящее и будущее, проблемы управления. Материалы II межрегиональной научно-практической конференции, /под общ.ред.В.А.Гутмана,А.Л.Хаченьяна.-Астрахань:ГАОУ АО ,ВПО«АИСИ»,2012.-С. 267-272.

13.Потоловский, Р.В. Применение глубокой очистки сточных вод, содержащих водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения [Текст] / Р.В. Потоловский, Ю.Н.Гончар, и др. //Водные ресурсы Волги: история, настоящее и будущее, проблемы управления. Материалы II межрегиональной научно-практической конференции, /под общ. ред.В.А.Гутмана, А.Л.Хаченьяна. -Астрахань:ГАОУ АО ВПО«АИСИ»,2012.-С.260-265.

14.Потоловский, Р.В. Определение универсальной характеристики избирательности, смачивания и адсорбции аполярных органический веществ [Текст] / Р.В.Потоловский,А.В.Юрко и др.//Альманах-2012 / под ред. д-ра хим. наук, проф. Г.К.Лобачевой; Волгогр. отд-ние Междунар. акад. авт. науч. открытий и изобретений; Рос. эколог, акад.; ВолГУ,- Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2012.- С. 123 - 126.

15.Потоловский, Р.В. Обоснование необходимости совершенствования и развития методики оптимизации параметров систем водоотведения (СВО) [Текст]

/Р.В.Потоловский,А.А.Болеев , А.В.Юрко и дрУ/Альманах-2012 / под ред. д-ра хим. наук, проф. Г.К.Лобачевой; Волгогр. отд-ние Междунар. акад. авт. науч. открытий и изобретений; Рос. эколог, акад.; ВолГУ,- Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2012.- С. 119-123.

1 б.Потоловский, Р.В. Совершенствование метода очистки фенолсодержащих сточных вод [Текст] /Р.В.Потоловский,Н.А.Сахарова и др.//Альманах-2012 / под ред. д-ра хим. наук, проф. Г.К.Лобачевой; Волгогр. отд-ние Междунар. акад. авт. науч. открытий и изобретений; Рос. эколог, акад.; ВолГУ.- Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2012.- С. 114 - 119.

17.Потоловский, Р.В. Изучение влияния величины рН и солесодержания воды на скорость коррозии трубопроводов [Текст]/ А. А. Болеев, Р. В. Потоловский, и др.//Научный потенциал регионов на службу модернизации.-межвузовский сборник научных статей / под общ. ред. В. А. ГутманаД. Л. Хаченьяна. -Астрахань : ГАОУ АО ВПО «АИСИ», 2012. - № 2 (3). -С.103-105.

18.Потоловский, Р.В. Исследование доочистки сточных вод от взвешенных полимерных веществ [Текст]/ Р. В. Потоловский, и др. //Научный потенциал регионов на службу модернизации: межвузовский сборник научных статей / под общ. ред. В. А. Гутмана,А. Л. Хаченьяна. -Астрахань : ГАОУ АО ВПО «АИСИ», 2012.-№ 2 (3). -С.113-116.

19.Потоловский, Р.В. Исследование негативного воздействия коррозии на организм человека [Текст]/ А. А. Болеев, Р. В. Потоловский и др. //Научный потенциал регионов на службу модернизации:межвузовский сборник научных статей / под общ. ред. В. А. Гутмана,А. Л. Хаченьяна. -Астрахань : ГАОУ АО ВПО «АИСИ», 2012. - № 2 (3). -С.101-103.

Личный вклад соискателя в опубликованных в соавторстве работах: [2,9,12,13,14,18] выдвижении идей, постановка задач исследований;[1,3-8,10-12,15,16,17,19] выдвижение идей.

Потоловский Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНОЙ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВОДНО-ДИСПЕРСИОННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 12.03.2013г. Заказ №.242 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать плоская.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, Волгоград, ул. Академическая, 1.

Сектор оперативной полиграфии ЦИТ

*

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

На правах рукописи

Потоловский Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНОЙ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВОДНО-ДИСПЕРСИОННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.23.04-Водоснабжение, канализация, строительные системы

охраны водных ресурсов

^^ Диссертация

СО на соискание ученой степени

00

кандидата технических наук

ю £

со 8

Ю

О Научный руководитель -

СМ 041

^^ СМ доктор технических наук, профессор

СЭ Москвичева Елена Викторовна

Волгоград - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..................................................................................................9

1.1 .Водное хозяйство предприятий выпускающих ВД-ЛКМ..........................................9

1.2.Методы очистки сточных вод от В Д-ЛКМ......................................................................................13

1.3. Обработка и утилизация загрязнителей из сточных вод..........................................34

1.4. Постановка задач исследования........................................................................................................36

ГЛАВА 2. АППАРАТУ РА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ............................39

2.1 .Описание методики проведения экспериментов по процессу отстаивания..........................................................................................................................................................39

2.2 .Методика определения дисперсного состава примесей..............................................41

2.3.Методика анализа состава водных стоков и осадков....................................................42

2.4.Методика изучения электродных процессов........................................................................49

2.5.Методика определения удельной электропроводности растворов..................50

2.6.Математические методы обработки экспериментальных данных......................50

ГЛАВА 3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ........................................................................55

3.1. Установление факторов обеспечивающих устойчивость в сточных

водах сохранившихся компонентов ВД-ЛКМ......................................................................56

3.2.1. Исследования химического, структурного состава, физико-химических свойств водных растворов стоков с ВД-ЛКМ..........................56

3.2.2. Причины устойчивости сточных вод содержащих ВД- ЛКМ............58

3.4.Условия разрушения седиментационной и агрегативой устойчивости сточных вод..........................................................................................................................................................................67

3.5.Условия доочистки сточных вод для производственных нужд, на основе 90 электрохимического метода..............................................................

3.5.1 .Параметры электрохимической обработки..........................................................92

3.6.Разработка малоотходная технологии очистки сточных вод производства ВД-ЛКМ............................................................................................................................114

3.6.1. Блок-схема замкнутой системы водоснабжения производства ВД-

ЛКМ на основе малоотходной технологии................................................116

ГЛАВА ^ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫДЕЛЕННЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В

КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ..................................................................122

4.1 .Изучение, состав, свойства выделенных загрязнений из сточных вод

производства ВД-ЛКМ..........................................................................................................................122

4.2. Разработка рекомендаций по использованию выделенных веществ в

качестве вторичного сырья в строительной индустрии..............................................125

ГЛАВА 5.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

РАБОТЫ..............................................................................................................................................129

5.1. Внутрипроизводственный экономический эффект......................................................131

5.2. Оценка наносимого ущерба от сточных вод производства ВД-ЛКМ............131

5.3. Эколого-экономическая эффективность..........................................................................134

5.4.Основные показатели экономической целесообразности разработанной

технологии............................................................................................................................................................135

Заключение......................................................................................................................................................................138

Список литературы..............................................................................................................................................140

Приложения................................................................................. 151

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Актуальность работы. Эффективное использование воды на промышленных предприятиях возможно при наличии единой системы водного хозяйства, включающей водоснабжение, водоотведение, очистку сточных вод, их подготовку для технического водоснабжения, исключающей сброс в водные объекты и городские канализационные сети, дальнейшее использование компонентов - загрязнителей, в качестве вторичного сырья.

Анализ литературных данных показывает, что очистка сточных вод на большинстве предприятий, выпускающих водно-дисперсионные лакокрасочные материалы, осуществляется путем обработки коагулянтами с последующим осветлением стоков отстаиванием. Это ведет лишь к частичной очистке сточных вод, которые требуют доочистки.

В рассматриваемой отрасли на большинстве предприятий отсутствуют замкнутые системы водоснабжения на основе малоотходных технологий, позволяющие не только многократно использовать в производстве очищенную воду, а также выделенные загрязнители в качестве вторичного сырья.

Данная работа рассматривает и решает ряд обозначенных проблем, что подтверждает ее актуальность.

Работа проводилась в соответствии с комплексной Федеральной целевой программой «Чистая вода» (2011-2017 гг.), Федеральной целевой программой «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах», Областной целевой программой «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование на территории Волгоградской области» (20102013 гг.), и с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Работа выполнена в соответствии с пунктами 3,4,10 паспорта специальности 05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов.

Цель работы. Разработка малоотходной безреагентной технологии очистки сточных вод от водно-дисперсионных лакокрасочных материалов (ВД-ЛКМ),

позволяющая реализовать систему локального замкнутого водоснабжения и полностью использовать в качестве вторичного сырья извлеченные загрязнители. Поставленная цель предопределила постановку следующих задач: -анализ и обобщение отечественных и зарубежных научных достижений в области водоснабжения и водоотведения предприятий выпускающих ВД-ЛКМ;

-теоретическое и экспериментальное исследование в лабораторных условиях факторов, влияющих на эффективность очистки сточных вод от ВД-ЛКМ известными безреагентными методами;

-экспериментальный поиск безреагентного метода очистки сточных вод от ВД-ЖМ;

- выявление оптимальных условий безреагентной очистки, не приводящих к изменению химического состава загрязнителей;

-разработка физико-химического способа по извлечению компонентов-загрязнителей из сточных вод производства ВД-ЛКМ;

-определение области повторного применения выделяемых компонентов-загрязнителей.

Основная идея работы состоит в снижении водопотребления на предприятиях, выпускающих ВД-ЛКМ, за счет внедрения локальной замкнутой системы водоснабжения с использованием разработанной безреагентной технологии.

Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и полупромышленные исследования с использованием физико-химических методов анализа, обработку экспериментальных данных математическими методами с применением ПЭВМ.

Достоверность полученных результатов подтверждена

экспериментальными исследованиями по стандартным методикам с применением приборов и оборудования, обеспечивающих требуемую точность и надежность результатов измерений, а также результатами выполненных в лабораторных и производственных условиях с расчетными зависимостями в пределах погрешности Д=±9% при установленной доверительной вероятности р=0,95.

Научная новизна:

-на основе теоретических предпосылок и экспериментальных исследований выявлены особенности фазово-дисперсного и физико-химического составов загрязнений сточных вод производства ВД-ЛКМ, позволившие обоснованно провести дальнейший эксперимент;

-впервые установлена и экспериментально подтверждена целесообразность двухстадийной очистки рассматриваемых стоков, на основе температурных, механических и электрохимических факторов;

-выявлены условия, при которых максимально сохраняется качественный и количественный состав компонентов-загрязнителей на основе безреагентного разрушения седиментационной и агрегативной устойчивости ВД-ЛКМ: одновременное воздействие изменяющейся температуры и интенсивного перемешивания за один цикл обработки;

-исследованы и предложены параметры электрохимической обработки, которые обеспечивают максимальную степень очистки сточных вод от ВД-ЛКМ (второй этап очистки), до уровня, отвечающего соответствующим нормативным требованиям;

-изучены, обоснованы и экспериментально подтверждены условия переработки выделенных загрязнителей из рассматриваемых сточных вод и дальнейшее их применение в строительной индустрии.

Практическое значение работы:

-представлена малоотходная безреагентная технология очистки сточных вод производства ВД-ЛКМ с полным извлечением содержащихся компонентов-загрязнителей;

-изготовлена пилотная установка, на которой возможно осуществление операций: отстаивание сточных вод, разрушение устойчивости дисперсной системы, вторичное отстаивание;

-разработаны рекомендации по использованию выделенных веществ-загрязнителей в качестве вторичного сырья в лакокрасочной и строительной индустрии;

-дана эколого-экономическая оценка предложенной замкнутой системы водоснабжения производства ВД-ЛКМ: 70% очищенной воды возвращается на повторное использование, компоненты-загрязнители полностью переходят в разряд вторичного сырья, в результате исключается антропогенное воздействие на окружающую среду.

Реализация результатов работы. Разработанная технология очистки сточной воды от ВД-КМ с полным извлечением компонентов-загрязнителей внедрена на предприятии ООО "Ремонтно-механические мастерские" и ООО "Дельта" г. Волгограда (акты внедрения прилагаются).

Результаты диссертационной работы использованы кафедрой «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение», как пример комплексной технологии очистки сточных вод лакокрасочных предприятий.

Основные положения, выносимые на защиту:

-результаты исследований процесса температурного и механического разрушения седиментационной и агрегативной устойчивости сточных вод содержащих компоненты ВД-ЛКМ;

-результаты исследований процесса электрохимической обработки сточных

вод;

-технологическая схема очистки сточных вод от ВД-ЛКМ, снижающая водопотребление;

-рекомендации по применению выделенных загрязнителей в качестве вторичного сырья;

-эколого-экономическая оценка разработанной технологии очистки сточных

вод.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: XV, XVI, XVII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области. По направлению № 16 «Архитектура,

строительство и экологические проблемы» ВолгГАСУ,( 2010-2012гг.); на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов ВолгГАСУ,( 2011-2012 г.); на круглом столе посвященному Дню Волги в рамках проекта программы развития ООН и Глобального экологического фонда «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Нижней Волги»(г. Волгоград,20 мая 2011г.); I Международном форуме молодых ученых, студентов и школьников «Потенциал интеллектуально одаренной молодежи-развитию Каспия», XX научно-технической конференции молодых ученых, студентов и школьников «Научный потенциал молодёжи - в развитии инвестиционно-строительного и жилищно-коммунального комплексов Прикаспия» в секции «Безопасность в техносфере», «Комплексное и рациональное использование природных ресурсов» (г. Астрахань,21-26 мая 2012г.); Международной конференции посвященной 60-летию образования вуза. Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство .(г. Волгоград, ВолгГАСУ, 18-19 сентября 2012);Второй межрегиональной научно-практической конференции. «Водные ресурсы Волги: история, настоящее и будущее, проблемы управления»(г. Астрахань,25-27 октября 2012г.);на межрегиональных специализированных выставках (2010-2012 гг.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 19 печатных работ, в том числе 8- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании, постановке и непосредственном проведении исследований, анализе полученных результатов и их обобщении, разработке технологии и её внедрения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы, приложения. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц, 30 рисунков, список литературы из 125 наименований.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Ы.Водное хозяйство предприятий выпускающих ВД-ЛКМ

Предприятия, выпускающие водно-дисперсионные лакокрасочные материалы, относятся к крупным водопользователям, расходующим воду питьевого назначения на технологические и хозяйственные нужды.

Потребление воды зависит от производительности предприятия, организации производственного цикла и ассортимента продукции.

Для предприятия выпускающих ВД-ЛКМ, отраслевой норматив удельного водопотребления составляет 0,4 м3 на тонну продукции, а удельное водоотведение

л

0,3 м /т [1]. Таким образом, по показателям удельного водопотребления и водоотведения конкретные предприятия выпускающие ВД-ЛКМ не уступают другим предприятиям лакокрасочной промышленности.

Вода, потребляемая в производственном цикле, безвозвратно расходуется при изготовлении продукции, но большая часть после использования для мойки оборудования, возвратной тары. В качестве иллюстрации на рис. 1.1 приведена схема водного баланса ОАО «Термалком» - типичного предприятия средней мощности.

В условиях жесткой конкуренции на рынке сбыта готовой продукции предприятия отрасли вынуждены расширять ассортимент выпускаемой продукции и развивать сопутствующие производства, в связи с этим водопотребление и водоотведение на предприятии возрастают.

Лакокрасочные предприятия, создающие ВД-ЛКМ, относились к разряду экологически благополучных в связи с отсутствием химического синтеза. Создание ВД-ЛКМ проходит в результате смешивания при определенных условиях готовых компонентов по типовым рецептурам. Высокий уровень водопотребления на данных предприятиях не был предметом обсуждения.

Сточные воды могли сбрасываться от них без предварительной очистки в городскую канализацию, водный объект, вывозится на полигон-могильник.

Рис.1. Усредненная балансовая схема водопотребления при производстве ВД-ЖМ.

Отсутствие жестких нормативов и требований к качеству отводимых сточных вод не создавало предпосылок для разработки систем очистки сточных вод лакокрасочных предприятий создающих ВД-ЛКМ. Это косвенно подтверждается отсутствием научных разработок по данной проблеме. Положение резко изменилось после принятия в 1992 г. «Закона об охране окружающей природной среды» и известного постановления Правительства РФ № 632 от 28.08.92 г. «Об утверждении порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия, пользования природными ресурсами и тарифах за загрязнение природной среды».

Потребляемая предприятиями вода стала достаточно ценным природным ресурсом. Плата за водопользование и сброс сточных вод, в особенности штрафы за превышение допустимых к сбросу концентраций загрязнений, удорожают производство.

Необходимо заметить, что сточные воды от производства ВД-ЛКМ не подлежат сбросу в городскую канализационную сеть без очистки в связи с их сильной токсичностью. Более того, рассматриваемые сточные воды при сбросе в городские сети водоотведения могут вызывать устойчивое пленкообразование на стенках труб и как следствие засоры, а так же нарушить процессы биологической очистки на городских канализационных очистных сооружения.

Хорошо известно, что системы очистки сточных вод во многом индивидуальны. На это указывает и многообразие известных схем очистки, хотя количество используемых процессов (ме�