Введение 4
Глава 1 Методы очистки сточных вод металлургической промышленности, в частности гальванического производства, от тяжелых металлов 7
1.1 Загрязнение окружающей среды сточными водами металлургической промышленности 7
1.2 Загрязнение сточных вод взвешенными частицами 8
1.3 Методы очистки сточных вод предприятий металлургической промышленности от тяжелых металлов 8
1.3.1 Механическая очистка 9
1.3.2 Химические методы очистки 11
1.3.3 Электрохимические методы очистки 12
1.3.4 Физико-химические методы очистки 13
1.3.5 Метод ионного обмена 14
1.3.6 Мембранные методы очистки 15
1.3.6.1 Материалы, из которых изготавливаются мембраны 16
1.4 Состояние водоемов на территории городского округа Тольятти и города Жигулевска 17
1.5 Анализ сточных вод на металлургических предприятиях городского округа Тольятти и города Жигулевска 18
1.6 Санитарные требования к промышленным стокам 19
1.6.1 Нормативно-правовая база в области очистки сточных вод 20
1.7 Патентный поиск способов очистки сточных вод от тяжелых металлов 21
1.8 Наилучшие доступные технологии в области очистке сточных вод от тяжелых металлов 23
1.9 Технологическая схема очистки сточных вод от тяжелых металлов с использованием НДТ 25
1.10 Исследование селективности нанофильтрационных и обратноосмотических мембран при очистке сточных вод от тяжелых металлов 26
Глава 2 Предлагаемая технология очистки промышленных сточных вод металлургического производства от тяжелых металлов 32
2.1 Расчет материального баланса электрофлотатора 35
2.2 Расчет материального баланса стадии нанофильтрации 40
2.3 Расчет материального баланса стадии обратного осмоса 43
2.4 Расчет мембранной установки нанофильтрации 48
2.5 Предложение использования методов математического моделирования 49
2.6 Подбор оборудования 59
2.7 Экономический расчет 62
Заключение 71
Список используемой литературы и используемых источников 73
Недопотребление металлургии составляет примерно 15-20 % от общего потребления воды промышленными предприятиями.
К производствам, которые сильнее всего загрязняют водные объекты тяжелыми металлами, относятся гальванические, металлургические и горнодобывающие.
Тяжелые металлы, которые содержатся в сточных водах, накапливаются в донных отложениях и аккумулируются в трофических цепях.
Одним из способов решения поставленной задачи очистки сточных вод от тяжелых металлов, относятся баромембранные способы очистки, такие как, обратный осмос и ультрафильтрация. Но ещё есть один баромембранный процесс, который набирает популярность в очистке сточных вод от тяжелых металлов. Это процесс нанофильтрации.
Актуальность темы исследования обусловлена:
• необходимостью понижения антропогенного воздействия тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах, на водные объекты и окружающую среду;
• повышением качества и эффективности очистки сточных вод для организации оборотного водоснабжения.
Объект исследования: система очистки сточных вод металлургического производства от тяжелых металлов.
Предмет исследования: технология очистки сточных вод металлургической промышленности от тяжелых металлов.
Цель исследования: повышение качества очистки сточных вод металлургического производства с применением технологии оборотного водоснабжения на производстве.
Гипотеза исследования состоит в том, что технология оборотного водоснабжения на металлургическом производстве позволит снизить содержание тяжелых металлов в сточных водах и, тем самым, уменьшить антропогенное воздействие на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• проанализировать методы очистки сточных вод на металлургическом производстве;
• провести анализ качественного состава сточных вод металлургической промышленности;
• представить предложение по технологии оборотного водоснабжения на металлургическом предприятии.
Методы исследования: аналитический метод, расчетные методы.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных ученых Лин М.М., Голованева Н.В., Голованчиков А.А. и зарубежных ученых Charerntanyarak L., Macingova E., Santhy K. и других в области очистки сточных вод от тяжелых металлов.
Опытно-экспериментальная база исследования: использовались работы Лин М.М. и Голованевой Н.В. в области мембранной и электрохимической очистки сточных вод, Технопарк РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Научная новизна исследования заключается в: составлении математической модели для формирования качества очистки сточных вод от тяжелых металлов совместным использованием электрохимического метода очистки и таких мембранных методов очистки, как нанофильтрация и обратный осмос.
Теоретическая значимость исследования заключается в поиске и систематизации патентной и научной литературы в области очистки сточных вод от тяжелых металлов и составление математической модели.
Практическая значимость исследования заключается в том, что в ней предложена схема очистки сточных вод от тяжелых металлов, которая приведет к повышению качества очистки и сокращению водопотребления за счет применения оборотного водоснабжения.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались соблюдением использованных источников, использованием современных методов расчета.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в поиске и анализе научной и патентной литературы, выборе и обосновании способа очистки сточных вод от тяжелых металлов, обработке полученных данных, расчете материального баланса, выборе оборудования для технологии очистки сточных вод, предложение использования метода математического моделирования.
Апробация работы: основные положения работы изложены в публикации научного журнала «Интернаука» № 20(149) в июне 2020 г. со статьей «Методы очистки сточных вод предприятий металлургической промышленности».
На защиту выносятся: технология очистки сточных вод металлургического предприятия от тяжелых металлов и предложение возможности использования методов математического моделирования для прогнозирования качества очистки сточных вод от тяжелых металлов.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, двух глав, выводов по главам, заключения, библиографии из 65 источников. Общий объем работы 80 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок, 18 таблиц.
Сточные воды, сбрасываемые в водоемы, должны быть не только экологически безопасными, но и иметь возможность идти на повторное использование.
Удаление тяжелых металлов и взвешенных веществ из сточных вод позволит вторично использовать сточные воды в основной технологии, обеспечив, тем самым, энерго- и ресурсосбережение.
Для решения технологических и экологических задач при очистке сточных вод металлургического производства от тяжелых металлов рациональнее всего использовать сочетание нескольких методов очистки, таких как электрофотация, нанофильтрация и обратный осмос.
В работе были проанализированы способы очистки сточных вод металлургической промышленности от тяжелых металлов. Были изучены литературные данные о применяемых способах очистки сточных вод и их эффективность, были проанализированы уже известные данные и результаты различных методов очистки.
На основе полученных данных была предложена схема очистки сточных вод металлургического производства на основе наилучших доступных технологий.
Предложенная технология очистки сточных вод на основе наилучших доступных технология (НДТ) позволит снизить антропогенное воздействие на окружающую среду, повысить качество очистки сточных вод металлургического производства и организовать оборотное водоснабжение на предприятие.
Очистка сточных вод от тяжелых металлов по представленной технологии позволит получить сточные воды с содержанием тяжелых металлов в очищенной воде ниже норм ПДК в:
• 1,12 раз для меди;
• 7,69 раз для никеля;
• 4,34 раза для цинка;
• 3,33 раза для свинца;
• 1,07 раз для кадмия.
В качестве первого этапа очистки используется метод электрофлотации. Электрофлотатор очищает сточные воды от тяжелых металлов и взвешенных веществ. Электрофлотация является лучшим решением первичной очистки стоков по сравнению с электрокоагуляцией и отстаиванием.
Применение нанофильтрацинной мембраны на основе НДТ является перспективным решением при очистке сточных вод от тяжелых металлов, в том числе, для организации оборотного водоснабжения на предприятии.
Применение обратного осмоса позволит сократить количество тяжелых металлов в очищаемых сточных водах (ниже ПДК), таким образом, будут отсутствовать платы за превышение ПДК при сбросах в водоемы.
Эффективность очистки сточных вод от тяжелых металлов по предлагаемой технологии очистки составляет 99,9 %.
Преимущества предлагаемой технологии очистки:
• высокое качество оборотной воды;
• сокращение водопотребления;
• отсутствие платы за превышение ПДК при сбросах в водоемы.
В работе была составлена математическая модель установки очистки сточных вод металлургических производств от тяжелых металлов.
Составленную математическую модель можно использовать для проведения технологических расчетов и оптимизации предлагаемой технологии очистки.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
